Ein Bach voller Schmelzwasser bahnt sich seinen Weg über den Grönländischen Eisschild. Bislang fällt die Oberflächenschmelze nur in den Randregionen Grönlands so hoch aus, dass sich Seen und Bäche auf dem Eis bilden. Bild: Ian Joughin/imaggeo.egu.eu

Meeresspiegelanstieg

Grönlands Eismassen auf der Waage

Der Eispanzer Grönlands ist mehr als viermal so groß wie Deutschland und speichert ausreichend Wasser, um den weltweiten Meeresspiegel um sieben Meter anzuheben. Wie viel Eis durch den Klimawandel abschmilzt, können Forscher mit Hilfe eines Satellitenpaars messen. 

Drei, zwei, eins und … Abheben!“ Staubwolken wirbeln auf. Ein Feuerschein erhellt den Himmel als am 22. Mai 2018 auf dem Luftwaffenstützpunkt Vandenberg in Kalifornien (USA) eine Rakete vom Typ SpaceX-Falcon-9 ins Weltall startet. An Bord hat sie die zweite Generation des Satellitensystems GRACE. Die Abkürzung steht für „Gravity Recovery and Climate Experiment“. Frei übersetzt heißt das so viel wie „Schwerefeld-Messung und Klimaexperiment“. Und da es sich um die zweite GRACE-Mission handelt, haben die Projektleiter von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und dem Deutschen Geo- ForschungsZentrum (GFZ) noch das Kürzel „FO“ für „Follow-On“ an den Namen gehängt. Trotz dieses etwas umständlichen Titels ruhen die Hoffnungen Hunderter Klimaforscher auf den zwei GRACE-FO-Satelliten. Denn das Gespann kann, was mit irdischen Messungen unmöglich ist: Es vermisst innerhalb eines Monats das gesamte Schwerefeld des Planeten. Das heißt, die Satelliten dokumentieren flächendeckend die Massenveränderungen auf der Erde und damit in erster Linie die Umverteilung des Wassers zwischen den Weltmeeren, den Kontinenten und speziell den Eisschilden.

Die „Waage im Weltall“ liefert somit Antworten auf zwei der drängendsten Fragen der Klimaforschung: Wie viel Eis verlieren die Eisschilde Grönlands und der Antarktis im Zuge des Klimawandels und in welchen Regionen der Welt steigt infolgedessen der Meeresspiegel? Einer der Forschenden, die den Start der Mission live vor Ort verfolgen, ist Dr. Ingo Sasgen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz- Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). Der 43-Jährige dokumentiert das Wachsen und Schrumpfen des Grönländischen Eisschildes schon seit der ersten GRACE-Mission (2002-2017). Für die schiere Größe und Mächtigkeit des Eispanzers aber fehlen ihm noch immer die passenden Worte. Vergleiche müssen helfen, das kolossale Eisfeld zu beschreiben. „Der Eisschild und seine angrenzenden Gletscher wären groß genug, nicht nur Deutschland, sondern auch Frankreich, Spanien und Italien auf einen Schlag unter sich zu begraben“ erklärt Ingo Sasgen. Deutschlands höchster Berg, die Zugspitze, würde auf dem zentralen Hochplateau des Eisschildes immer noch 300 Meter tief im Eis versinken. Und sollte alles Eis Grönlands auf einen Schlag schmelzen, würde der globale Meeresspiegel um etwas mehr als sieben Meter ansteigen, weltweit große Küstengebiete überschwemmen und damit dem Lebensraum von Abermillionen Menschen zerstören – auch in Europa.

Grönlands Eis schmilzt an seiner Oberfläche

Wie drängend das Problem der Eisschmelze auf Grönland heute schon ist, offenbart ein Blick in die GRACE-Statistik: Seit Beginn der ersten Mission im Jahr 2002 haben der Eisschild und seine Gletscher im Durchschnitt jährlich 286 Milliarden Tonnen Eis verloren. „Die Massenverluste kommen vor allem dadurch zustande, dass die Luft über Grönland wärmer wird und dadurch die Intensität und Dauer der Schmelzsaison zunehmen“, sagt Ingo Sasgen. Die Eiskappe Grönlands verliert heute fast doppelt so viel Eis durch Schmelzprozesse an der Oberfläche als noch im Zeitraum von 1960 bis 1990.

Damals waren die Eiszuwächse und -einbußen nahezu ausgeglichen. Die Massenverluste durch das Abbrechen von Eisbergen haben bis heute um etwa ein Viertel zugenommen. Grönland liefert mittlerweile den größten Schmelzwasserbeitrag zum aktuellen Anstieg des globalen Meeresspiegels. Dieser beträgt aktuell 3,3 Millimeter pro Jahr, Grönlands Anteil beläuft sich auf fast 0,8 Millimeter. Extrem hohe Schmelzraten registrierte GRACE im Sommer 2012. Damals ließen außergewöhnlich warme Luft und ein anhaltend wolkenloser Himmel Grönlands Eispanzer auf sage und schreibe 97 Prozent seiner Oberfläche schmelzen. Der Eispanzer verlor damals allein im Monat Juli 400 bis 500 Milliarden Tonnen Eis, was zu einem globalen Meeresspiegelanstieg von mehr als einem Millimeter führte. „Diese Veränderungen hätten wir ohne GRACE niemals beziffern können, weil die 18 Schnee und Eisbeobachtungsstationen auf Grönland nicht ausreichen, um auf den gesamten Eisschild schließen zu können. GRACE ist das einzige Instrument, mit dem solche genauen Langzeitbeobachtungen und Monatsvergleiche der Massenbilanz für den gesamten Eisschild möglich sind“, sagt Ingo Sasgen. Zur Überraschung der Wissenschaftler folgte auf den extremen Schmelzsommer 2012 ein kaltes Jahr, in dem sich die Gesamtmenge des Neuschnees nahezu die Waage hielt mit den Eisverlusten durch Schmelze und Eisbergabbrüche. „Der Trend seit 1990 ist eindeutig – Grönland erwärmt sich und verliert mehr und mehr Eis. Die GRACE-Daten zeigen aber auch, dass die Massenbilanz des Eisschildes stark variiert. Von extremer Schmelze bis hin zu Jahren mit viel Schneefall und wenig Schmelzverlusten ist inzwischen alles möglich“, erklärt der Wissenschaftler.

Die beste aus zwei Welten

Um genauer zu verstehen, in welchen Regionen der Grönländische Eisschild am schnellsten schrumpft, wird Ingo Sasgen die GRACE-Schwerefeld-Daten mit Radarmessungen des ESA-Satelliten CryoSat-2 kombinieren. Dieser misst die Höhenänderung der Eisfelder Grönlands in einer Auflösung von bis zu fünf Kilometern und kann im Gegensatz zu GRACE, dessen Auflösung nur 400 Kilometer beträgt, einzelne Gletschersysteme abbilden. „Wir nehmen quasi das Beste aus beiden Datensätzen und verheiraten es miteinander, um regionale Unterschiede zu erkennen“, sagt Ingo Sasgen. Das Ziel dieser REKLIM-Arbeit lautet, eine Karte des Grönländischen Eisschildes zu erstellen, die in hoher Auflösung zeigt, wie sich die Eismassen verändern und wie sich die Verlustzonen über die Zeit ausdehnen. Der optimierte Datensatz hilft außerdem, Klima- und Eisschildmodelle zu verbessern.

In der Zeit vor GRACE konnten die Wissenschaftler ihre Klimamodelle nur mit den wenigen Punktmessungen der grönländischen Schnee- und Eismessstationen kalibrieren. Dadurch war allerdings nicht sichergestellt, dass die Modelle die Massenbilanz auch richtig berechneten. Heute genügt ein kurzer Abgleich der Modellergebnisse mit den GRACE-Daten, um die Qualität des Modells zu überprüfen. „Es ist wirklich wichtig, dass wir genau wissen, wie viel Eis Grönland verliert. Denn erst, wenn wir diese Verlustraten richtig in den Klimamodellen abbilden können, sind wir in der Lage, die Zukunft des Eisschildes und des Meeresspiegels mit hoher Genauigkeit vorherzusagen“, betont Ingo Sasgen.

Eine Frage der Anziehungskraft

Mithilfe von GRACE das Mehr an Wasser und damit den Meeresspiegelanstieg zu bestimmen, ist aus zwei Gründen deutlich schwieriger, als das Gewicht des Eisschildes zu messen. Zum einen verteilt sich das Schmelzwasser Grönlands auf den gesamten Ozean, dessen Fläche etwa 200-mal so groß ist, wie die des Eisschildes. Das Massesignal wird damit so klein, dass es für GRACE kaum noch messbar ist. Zum anderen wird der Pegelanstieg an einer Küste durch drei Faktoren bestimmt: (1) durch die Menge des zusätzlichen Wassers; (2) durch die temperaturbedingte Ausdehnung des Wassers, und (3) durch jenes Maß, in dem sich das Land eventuell hebt oder absenkt. „GRACE verrät uns anhand der Massenänderungen im Ozean, wohin das Schmelzwasser eines Eisschildes wandert und wie viel Wasser sich vor den Küsten aufstaut. Kombinieren wir diese Daten mit Satellitenmessungen zur Höhenveränderung der Ozeane und mit den Temperaturdaten autonomer, tieftauchender Messsysteme, ergibt sich ein umfassendes Bild des weltweiten Meeresspiegelanstieges“, erklärt Ingo Sasgen. Grob skizziert sieht die Situation derzeit etwa so aus: Wenn auf Grönland das Eis schmilzt, steigt der Meeresspiegel zunächst einmal insgesamt, weil mehr Wasser in den Weltozean gelangt. Durch die Schwerkraft der Erde aber werden diese Wassermassen anschließend umverteilt. Das heißt, Regionen mit geringem Schwerefeld und demzufolge wenig Anziehungskraft bekommen weniger Wasser ab, Regionen mit großer Anziehungskraft dagegen mehr. „Und da sowohl Grönland als auch die Antarktis aufgrund ihrer Eismassenverluste Anziehungskraft einbüßen, sammelt sich das Wasser vor allem in den mittleren Breiten“, erklärt Sasgen. „Die Veränderungen in den Polargebieten betreffen uns in den mittleren Breiten also am meisten.“

Er wartet jetzt gespannt auf die ersten Daten, die GRACE-FO seit Juni 2018 zum Satelliten-Kontrollzentrum in Oberpfaffenhofen funkt und aus denen gegenwärtig Schwerefelder berechnet werden. Basierend auf den neuen Messergebnissen wollen Ingo Sasgen und eine AWI-Kollegin eine statistische Methode zur Vorhersage der grönländischen Eismassenbilanz entwickeln. Für das arktische Meereis funktioniert ein vergleichbarer Ansatz schon ziemlich gut. GRACE-FO wird für dieses Vorhersagen die notwendigen Daten liefen und – wenn alles glattgeht – die Schwerefelder der Eisschilde und Ozeane in den nächsten zehn Jahren verlässlich im Blick behalten. „Diese Daten vom offenen Ozean bis zur Küste hin fortzusetzen, bleibt eine der großen Herausforderungen, die wir in REKLIM zukünftig angehen wollen“, sagt Ingo Sasgen.

Das REKLIM-Jubiläumsmagazin

Der Helmholtz-Verbund Regionale Klimaveränderungen erforscht seit zehn Jahren die Entwicklung des Klimas auf einer regionalen Skala. Besonderes Augenmerk liegt auf den Wechselwirkungen zwischen Atmopshäre, Ozean und Landoberflächen. Zum zehnjährugen Jubiläum hat der Verbund ein Magazin herausgegeben, aus dem dieser Text stammt. Das Heft kann kostenlos bestellt werden unter info(at)reklim.de

Zum kompletten Magazin (pdf)

Anlässlich einer internationalen wissenschaftlichen Konferenz lädt der Helmholtz-Verbund regionale Klimaveränderungen REKLIM zu einem Public Engagement Day. Auch an den anderen Konferenztagen gibt es Veranstaltungen, zu denen die Öffenltlichkeit eingeladen ist: 

On the importance of Science Diplomacy in the Arctic realm

Main results of the IPCC Special Report on Ocean and Cryosphere in a changing climate

28.08.2019 , Sina Löschke

Leserkommentare

Kommentar hinzufügen

Ihr Kommentar wird nach dem Absenden durch unsere Redaktion geprüft und dann freigegeben, wir bitten um etwas Geduld. Bitte beachten Sie auch unsere Kommentarregeln.

Your comment will be checked by our editors after sending and then released, we ask you for a little patience.

Keine Kommentare gefunden!
Druck-Version