Grönland

5-01-3 Grönland

Wird Grönland grün?

Wie stark nimmt die Eismasse Grönlands ab? Ist mit einem raschen und vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes durch den Klimawandel zu rechnen? Was bedeutet „rasch“ für eine so große Eismasse? Das sind derzeit zentrale Fragen der weltweiten Klimaforschung, nicht nur weil sie wissenschaftlich spannend sind, sondern auch weil ein Abschmelzen weitreichende Folgen für das globale Klima und für den Meeresspiegel hätte.

Im Gegensatz zur Antarktis ist das Klima Grönlands um 10 bis 15° C wärmer Zudem ist es regional durch höhere Niederschläge geprägt. Das Klima Grönlands weist jedoch ausgeprägte räumliche Unterschiede auf, die sich durch die große Nord-Süd-Erstreckung der Insel sowie durch den Einfluss der Westwindzone, der polaren Ostwindzone und der dazwischenliegenden Polarfront erklären lassen. Hinzu kommen ozeanische Einflüsse wie der kalte Grönlandstrom und der wärmere Nordatlantikstrom. Grönland besteht dabei nicht nur aus dem großen Inlandeisschild, sondern besitzt auch eine Vielzahl kleinerer Gletscher und Eiskappen entlang der Küstenregionen.

Räumliche Variationen des Klimas prägen die Massenbilanz

Für die Massenbilanz des grönländischen Eisschildes sind mehrere Prozesse von zentraler Bedeutung: Veränderungen der winterlichen Niederschläge (Akkumulation), die sommerliche Schnee- und Eisschmelze (Ablation) sowie Massenverluste durch eisdynamische Prozesse, insbesondere das Kalben von Gletschern ins Meer. Aufgrund noch unvollständig verstandener Wirkungsmechanismen beim Kalben können zukünftige Entwicklungen bislang nur eingeschränkt modelliert werden. Zudem sind die Zeitreihen direkter Messungen der Massenänderung vergleichsweise kurz. Verlässliche flächenhafte Daten liegen erst ab etwa 1970 vor, mit deutlich verbesserter Genauigkeit seit dem Beginn satellitengestützter Gravimetrie-Messungen (GRACE) ab dem Jahr 2002. Die Unsicherheiten der Messungen sind insbesondere in den früheren Abschnitten der Zeitreihen im Verhältnis zum Änderungssignal noch relativ groß.

Abb. 1: Zeitliche Entwicklung der schmelzenden Flächen des grönländischen Eisschildes. Seit den 1980er-Jahren ist ein eindeutiger Trend in Richtung Ausdehnung jener Flächen, die oberflächlich schmelzen, erkennbar. Seit dem Jahr 2012 ist das Abschmelzen des grönländischen Eisschilds unterschiedlich stark, liegt aber im Allgemeinen immer noch über den Werten der 1980er und 1990er Jahre (T. Scambos, Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES), and NSIDC 2024).

Messungen und Auswertungen von Satellitendaten zeigen insbesondere in den letzten beiden Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts eine deutliche Zunahme der im Sommer schmelzenden Schnee- und Eisflächen. Im Sommer 2012 erreichte die Oberflächenschmelze des grönländischen Eisschildes einen außergewöhnlichen Höchststand, der alle zuvor in Satellitenaufzeichnungen oder historischen Beobachtungen dokumentierten Werte übertraf. In nahezu allen Regionen des Eisschildes kam es zu intensiver Schmelzaktivität, selbst in hochgelegenen Bereichen, die bislang als weitgehend unempfindlich gegenüber Oberflächenschmelze galten. Seit 2012 lag die durchschnittliche Schmelzfläche zwar leicht unter jener der Jahre 2001 bis 2011, ein statistisch eindeutiger Trend lässt sich jedoch nicht erkennen. Diese Beobachtungen stimmen mit Ergebnissen regionaler Klimamodelle überein. Die Temperaturentwicklung auf dem Eisschild selbst ist allerdings nur unzureichend durch direkte Messungen belegt, da meteorologische Stationen überwiegend in Küstennähe angesiedelt sind.

Schmelzflächen werden größer, Gletscher kalben schneller

Neben der Zunahme der Schmelze wurde etwa zur Jahrtausendwende eindeutig ein Beschleunigen mehrerer direkt ins Meer kalbender Gletscher beobachtet (Abb. 2). Aufgrund der teils sehr hohen Fließgeschwindigkeiten dieser Gletscher trägt das Kalben schätzungsweise etwa 30 bis 40 % zum gesamten Massenverlust des grönländischen Eisschildes bei. Als Ursache für das Beschleunigen werden unterschiedliche Faktoren diskutiert: eine Verringerung der basalen Reibung an der Grenze Gletscher-Gletscherbett durch verstärkte Schmelzwasserführung, Veränderungen der Geometrie und Stabilität des Gletscherbetts infolge des Rückzugs der Kalbungsfront sowie eine erhöhte Wärmezufuhr durch sich erwärmendes Meerwasser, das die Eiseigenschaften beeinflusst. Neuere Messungen zeigen jedoch, dass bei einzelnen dieser besonders schnellen Gletscher die Fließgeschwindigkeiten zwischenzeitlich wieder abgenommen haben

Abb. 2: Zeitliche Veränderung der Kalbungsfront ausgewählter Gletscher in Grönland seit 1985. Die Auswahl der Gletscher aus verschiedenen Küstenregionen Grönlands zeigt ein eindeutiges Signal des Rückzuges der Kalbungsfront (Greene et.al. 2024).

Grönlands Eis schmilzt mit zunehmender Geschwindigkeit

Unabhängige Studien zur Massenbilanz des grönländischen Eisschildes kommen zu übereinstimmenden Ergebnissen: Die Eismasse Grönlands nimmt derzeit deutlich ab, wobei sich innerhalb der noch relativ kurzen Beobachtungszeiträume ein beschleunigender Trend erkennen lässt. Zum einen beeinflusst die Ausdehnung der Eisfläche den Energiehaushalt der Erdoberfläche über die Eis-Albedo-Rückkopplung. Zum anderen trägt der Massenverlust direkt zum globalen Meeresspiegelanstieg bei. Insgesamt besitzt das grönländische Eisvolumen das Potenzial, den globalen Meeresspiegel bei vollständigem Abschmelzen um etwa sieben Meter anzuheben.

Abb. 3: Massenanomalien des grönländischen Eisschildes aus GRACE und SLR-Modellen und Anpassungstrends in 5-Jahres-Zeiträumen. Die Farben veranschaulichen unterschiedliche Methoden der Massenbilanzbestimmung (blau und schwarz GRACE-Satelliten (Erdgravitationsfeld), rot und grün SLR-Satelliten (Satelliten-Altimetrie). Gelb zeigt einen hybriden Ansatz. Hier werden aus Altimetriedaten zeitlich hochauflösende Schwerefelder berechnet (Gałdyn, 2024).

Wird Grönland völlig eisfrei?

Unter welchen Bedingungen würde der grönländische Eisschild vollständig abschmelzen, und wie lange würde ein solcher Prozess dauern? Eisbohrkerne liefern detaillierte Informationen darüber, wann und wo in der Vergangenheit Eis vorhanden war und welche Temperaturen zu diesen Zeiten herrschten. Rekonstruktionen zeigen, dass während der Eem-Warmzeit vor etwa 125 000 Jahren – einer Warmphase vor der letzten Kaltzeit – die Lufttemperaturen in Grönland etwa 2 bis 4 °C über dem heutigen Niveau lagen, und der Eisschild damals zumindest teilweise existierte (Abb. 4).

Modellrechnungen, die verschiedene Szenarien zukünftiger globaler Temperaturanstiege berücksichtigen, deuten darauf hin, dass für ein vollständiges Abschmelzen des grönländischen Eisschildes Zeiträume von mehreren Jahrhunderten bis Jahrtausenden erforderlich wären. Sollte der Eisschild jedoch einmal vollständig verschwunden sein, könnte er sich unter den heutigen klimatischen Bedingungen nicht mehr neu aufbauen.

Abb. 4: Lufttemperatur (links) und Eisdicken (rechts) in Grönland zur Zeit des Eem-Interglazials (vor ca. 125.000 Jahren; IPCC 2007).

Literatur:

Bentley C., Thomas R.H., Velicogna I. (2007): Ice sheets. In: United Nations Environment Programme (Hg.): Global outlook form ice & snow. Arendal: UNEP: 99–114

Böhm R., Schöner W., Auer I., Hynek B., Kroisleitner C., Weyss G. (2007): Gletscher im Klimawandel. Vom Eis der Polargebiete zum Goldbergkees in den Hohen Tauern. Wien: Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, 111 Seiten, ISBN 978-3-200-01013-0

Greene, C. A., Gardner, A. S., Wood, M., & Cuzzone, J. K. (2024). Ubiquitous acceleration in Greenland Ice Sheet calving from 1985 to 2022. Nature, 625(7995), 523–528. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06863-2

Hann J. (1890): Zur Witterungsgeschichte von Nord-Grönland, Westküste. Meteorologische Zeitschrift 3, 109–115

Holland D.M., Thomas R.H., de Young B., Ribergaard M.H., Lyberth B. (2008): Acceleration of Jakobshavn Isbrae triggered by warm subsurface ocean waters. Nature Geoscience 1, 659–664, doi:10.1038/ngeo316

Jiang Y., Dixon T.I.M., Wdowinski S. (2010): Accelerating uplift in the North Atlantic region as an indicator of ice loss. Nature Geoscience 3, 404–407, doi:10.1038/ngeo845

National Snow and Ice Data Center (2024). Greenland Ice Sheet melt season starts. Ice Sheets Today. https://nsidc.org/ice-sheets-today/analyses/greenland-ice-sheet-melt-season-starts

Nick F.M., Vieli A., Howat I.M., Joughin I. (2009): Large-scale changes in Greenland outlet glacier dynamics triggered at the terminus. Nature Geoscience 2, 110–114 , doi:10.1038/NGEO394

Rignot E., Velicogna I., van den Broeke M. R., Monaghan A., Lenaerts J. (2011): Acceleration of the contribution of the Greenland and Antarctic ice sheets to sea level rise. Geophysical Research Letters 38, L05503, doi:10.1029/2011GL046583.

Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K.B., Tignor M., Miller H.L. (Hg.) (2007): Climate change 2007. The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 996 Seiten, ISBN 9780521705967

Steffen K., Cogley J.G., Holland D., Marshall S., Rignot E., Thomas R. (2008): Rapid changes in glaciers and ice sheets and their impacts on sea level. In: Climate Change Science Program (Hg.): Abrupt climate change. A report by the U.S. Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research. Reston: U.S. Geological Survey, 60–142

Vinther B.M., Andersen K.K., Jones P.D., Briffa K.R., Cappelen J.B. (2006): Extending Greenland temperature records into the late eighteenth century. Journal of Geophysical Research 111, D11105, doi:10.1029/2005JD006810