Mit der Erwärmung des Planeten durch den Klimawandel schmelzen die Gletscher schneller, und Wissenschaftler befürchten, dass viele von ihnen bis zum Ende des Jahrhunderts zusammenbrechen werden, wodurch der Meeresspiegel drastisch ansteigt und Küstenstädte und Inselstaaten überflutet werden.
Ein Wissenschaftler der University of California, Berkeley, hat jetzt ein verbessertes Modell der Gletscherbewegung erstellt, das helfen könnte, die Gletscher in der Arktis und Antarktis zu ermitteln, bei denen die Wahrscheinlichkeit am größten ist, dass sie schnell abrutschen und ins Meer stürzen.
Das neue Modell, das letzte Woche in der Fachzeitschrift The Cryosphere veröffentlicht wurde, berücksichtigt die Auswirkungen von Schmelzwasser, das an der Basis eines Gletschers versickert und dessen Abwärtsbewegung schmiert. Das neue physikalische Modell sagt voraus, dass die am meisten gefährdeten Gletscher die dicksten Gletscher sind, die in der Vergangenheit einen schnelleren Fluss hatten, selbst wenn dieser schnelle Fluss periodisch ist.
“Das Modell legt nahe, dass dicke und schnell fließende Gletscher empfindlicher auf Schmierung reagieren als dünne und langsame Gletscher”, so Whyjay Zheng, Postdoktorand am Institut für Statistik der UC Berkeley. “Die Daten von Grönlandgletschern unterstützen diese neue Erkenntnis und deuten darauf hin, dass diese schnellen und dicken Gletschertiere unter der globalen Erwärmung instabiler sein könnten als wir dachten”.
Zheng baute das neue Modell auf, um einen Mechanismus zu berücksichtigen, der mit der globalen Erwärmung an Bedeutung gewonnen hat: Schmelzwasser, das bis zum Boden der Gletscher vordringt und ihre Abwärtsbewegung über das Grundgestein schmiert. Die Arktis und die Antarktis haben sich stärker erwärmt als der Rest der Welt – im März wurden in der Antarktis Rekordtemperaturen von 70 Grad Fahrenheit über dem Normalwert gemessen, während es in einigen Teilen der Arktis mehr als 60 Grad wärmer war als im Durchschnitt. Das wärmere Wetter führt zur Bildung von Schmelzwasserseen auf vielen Gletschern, vor allem auf denen in Grönland. Die Seen können durch einen Prozess, der als Hydrofraktur bezeichnet wird, bis zum Boden der Gletscher vordringen oder durch nahe gelegene Gletscherspalten zum Boden abfließen.
Glaziologen haben bereits festgestellt, dass die Beschleunigung und Verlangsamung von Gletschern mit den Vorgängen an der Vorderseite der Gletscher zusammenhängt, wo das Eis in den Ozean übergeht und auf wärmeres Wasser trifft. Beobachtungen zeigen, dass bei vielen dieser meeresnahen Gletscher, wenn die Fronten ins Meer schmelzen oder kalben, die verbleibenden Gletscher tendenziell schneller werden. Wenn die Fronten in den Ozean vordringen, werden die Gletscher langsamer. Infolgedessen konzentrierte man sich bisher vor allem auf die Vorgänge an den Gletscherenden.
Die Basalschmierung durch Schmelzwasser scheint jedoch eine Rückkopplungsschleife zu schaffen, die Gletscher beschleunigt, die sich bereits aus anderen Gründen beschleunigt haben, z. B. durch Veränderungen an den Gletscherspitzen.
“In Grönland scheint die Gletschergeschwindigkeit vor allem von der Position des Gletschertops gesteuert zu werden: Wenn sich die Spitze zurückzieht, wird der Gletscher schneller; wenn die Spitze vorrückt, wird der Gletscher langsamer”, so Zheng. “Die Menschen glauben, dass dies der Hauptgrund dafür ist, dass sich die Gletscher in Grönland beschleunigen oder verlangsamen können. Aber jetzt beginnen wir zu glauben, dass es einen anderen und vielleicht schnelleren Weg gibt, um Gletscher zu verlangsamen oder zu beschleunigen – die Basalschmierung”.
Also machte sich Zheng daran, das gängige Störungsmodell des Gletscherflusses zu modifizieren, um die Schmelzwasserschmierung zu berücksichtigen, wobei er die Standardgleichungen für Flüssigkeitsströmungen verwendete.
Er testete die Vorhersagen des Modells an Gletschern in Grönland, das zu Dänemark gehört, und in Svalbard, einer norwegischen Inselgruppe. Die Vorhersage, dass dickere, sich schneller bewegende Gletscher eher dazu neigen, dünner zu werden und in den Ozean abzufließen, stimmte mit den Beobachtungen des Gletscherflusses über einen Zeitraum von 20 Jahren, von 1998 bis 2018, überein.
“Die Basalschmierung schafft eine positive Rückkopplungsschleife”, so Zheng. “Die schnelleren Gletscher reagieren wahrscheinlich schneller auf die Basalschmierung, und die folgende Beschleunigung macht sie anfälliger für künftige Schmierungen. Wenn ein Gletscher zum Beispiel 3 Kilometer pro Jahr fließt und plötzlich eine Basalschmierung auftritt, reagiert er so schnell, dass man die Schwankung der Geschwindigkeit wahrscheinlich schon ein paar Tage später sehen kann, im Vergleich zu einem anderen Gletscher, der mit 100 Metern pro Jahr fließt.”
Daraus ergibt sich, dass dicke, sich schnell bewegende Gletscher in der Arktis und Antarktis häufig überwacht werden sollten, so wie Gletscher jetzt auf Veränderungen an der Spitze überwacht werden, um das Abfließen großer Eisberge in den Ozean zu verhindern, die sich auf den Meeresspiegel auswirken könnten. Außerdem sind bessere Methoden zur Messung der Basalschmierung erforderlich, so Zheng.
“Wenn der Gletscher das Potenzial hat, in kurzer Zeit abzubrechen und einen großen Teil des Eises in den Ozean abfließen zu lassen, vielleicht innerhalb von ein oder zwei Jahren, könnte das etwas sein, worüber wir uns Sorgen machen müssen”, sagte er.
Zheng, der sich mit Geophysik, Planetologie und Fernerkundung auskennt, interessierte sich erstmals für die Basalschmierung von Gletschern, nachdem er eine Eiskappe in der sibirischen Arktis – die Vavilov-Eiskappe auf der russischen Insel Sewernaja Semlja – untersucht hatte, die über einen Zeitraum von einigen Jahren plötzlich zusammenbrach und dabei 2015 eine Geschwindigkeit von bis zu 9 km pro Jahr erreichte. Nach der Analyse des Ereignisses stellte er fest, dass sich die stationäre Eiskappe in so kurzer Zeit in einen Eisstrom – einen schnell fließenden Gletscher – verwandelte, weil die Basalschmierung und das Vordringen des Endes in den Ozean die Reibung an der Vorderseite des Gletschers verringerten, die den Gletscher zurückhielt. Zwischen 2013 und 2019 sind etwa 11 % der Eiskappe in den Ozean geflossen.
“Das ist das erste Mal, dass wir einen so gigantischen Kollaps einer Eiskappe gesehen haben”, sagte er. “Sobald er sich zu beschleunigen begann, behielt er seine Geschwindigkeit für eine lange Zeit bei. Einer der wahrscheinlichsten Gründe dafür ist, dass sich an der Oberfläche viele Gletscherspalten gebildet haben, durch die das Schmelzwasser an der Oberfläche in den Boden des Gletschers fließt. Jetzt kommt das Wasser leichter nach unten und verringert die Reibung, so dass der Gletscher weiter schnell gleiten kann, und noch schneller, wenn sich das Klima weiter erwärmt.”
Zheng plant, das neue Modell an einigen Gletschern in der Antarktis zu testen, die am Meer enden. In der Zwischenzeit kann jeder über eine neue Online-Plattform namens Jupyter Book Zhengs Daten durch die Modellgleichungen und den Python-Code laufen lassen, um seine Ergebnisse zu reproduzieren – ein Veröffentlichungsstandard, von dem er hofft, dass er sich in Zukunft in der Big-Data-Forschung durchsetzen wird.
Die Arbeit wurde teilweise durch das Projekt Jupyter meets the Earth unterstützt, das durch das EarthCube-Programm der National Science Foundation finanziert wird.
Datum: April 28, 2022
Quelle: Universität von Kalifornien – Berkeley
Journal Reference:
- Whyjay Zheng. Glacier geometry and flow speed determine how Arctic marine-terminating glaciers respond to lubricated beds. The Cryosphere, 2022; 16 (4): 1431 DOI: 10.5194/tc-16-1431-2022