Eisströme und Seen unter dem grönländischen Eisschild
Der grönländische Eisschild ist kein statischer Eiskörper, sondern ein dynamischer Körper aus dichtem, fließendem und sich verformendem Eis. Der in den zentralen Teilen des Eisschildes abgelagerte Schnee wird allmählich zu Eis verdichtet, das langsam zum Eisrand hin fließt. Am Eisrand wird das Eis durch Schmelzen oder durch Abspaltung in Eisberge entfernt.
Grönländisches Inlandeis © Mads Phil - Visit Greenland
Dichter Schnee auf dem Eisschild
Der Neuschnee, der sich auf dem grönländischen Eisschild ablagert, hat eine Dichte zwischen 50 und 70 kg/Kubikmeter, was nur 5-5 Prozent der Dichte von Wasser (1.000 kg/Kubikmeter) entspricht. Im zentralen Teil des Eisschildes steigt die Temperatur nie über den Gefrierpunkt, so dass der Schnee nie schmilzt. Stattdessen wird er unter neuen Schneeschichten begraben, wobei das Gewicht des Neuschnees die darunter liegenden Schichten zusammendrückt und die Dichte erhöht.
Sobald die Dichte des Schnees 830 kg/Kubikmeter erreicht, was einer Tiefe von etwa 80 Metern entspricht, sind alle Luftkanäle zwischen den Kristallen verschlossen, so dass die einzige Luft in Form von eingeschlossenen Blasen vorhanden ist. Mit zunehmender Tiefe nimmt die Dichte des Eises weiter zu und bei 917 kg/Kubikmeter werden die Luftblasen komprimiert. In diesem Stadium ist das Eis zu Gletschereis geworden. An diesem Punkt kann das Eis nicht mehr komprimiert werden.
Eiskernbohrungen, tief in der Eisdecke
Die Eiskernbohrungen in Grönland begannen 1955, und seither wurden zahlreiche kurze und tiefe Eiskerne aus dem Inlandeis entnommen. Ein jüngstes Projekt - das North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) - war ein internationales Eiskernprojekt, das darauf abzielte, eine ungestörte Aufzeichnung der Zwischeneiszeit vor 115.000-130.000 Jahren zu gewinnen.
Die Wissenschaftler fanden anhand des Eiskerns heraus, dass diese Periode wärmer war als bisher angenommen. Tatsächlich fanden die Wissenschaftler heraus, dass das Klima in Grönland während der letzten Zwischeneiszeit etwa 8 Grad Celsius wärmer war als heute. Die Daten stammen aus Eiskernen, die mehr als 2,5 Kilometer tief in das Inlandeis gebohrt wurden, wobei jede Schicht den jährlichen Schneefall aufzeichnet.
Wie bei Baumringen konnten die Wissenschaftler so das Alter bestimmen. In den Labors untersuchten die Forscher das schwere Sauerstoffisotop O18 im Eiskern, um die Temperatur in den Wolken zu bestimmen, als der Schnee fiel, und damit das Klima in der Vergangenheit. Auch die eingeschlossenen Luftblasen wurden zusammen mit den Proben der alten Atmosphäre untersucht und lieferten Erkenntnisse über die Zusammensetzung der Luft.
Das Klima der Vergangenheit nachbilden
Anhand der Eiskerndaten konnten die Wissenschaftler die Jahrestemperaturen fast 130 000 Jahre in die Vergangenheit zurückverfolgen. Die Daten deuten darauf hin, dass es während dieser Warmzeit zu einer intensiven Oberflächenschmelze kam, die im Eiskern als Schichten von wieder gefrorenem Schmelzwasser zu erkennen ist.
Es wurde sogar festgestellt, dass Schmelzwasser von der Oberfläche in den darunter liegenden Schnee eingedrungen war, wo es erneut zu Eis gefror. Aus früheren Klimastudien wissen die Wissenschaftler, dass diese Oberflächenschmelze in den letzten 5.000 Jahren nur sehr selten aufgetreten ist.
Die Wissenschaftler fanden auch heraus, dass das Eisschild angesichts steigender Temperaturen unempfindlich ist. Die Daten zeigen, dass sich das Volumen des Eisschildes während der wärmsten 6.000 Jahre des Zeitraums nicht um mehr als 25 Prozent verringert hat.
Eisströme, die unter dem Eisschild fließen
Das aktuelle Eiskernprojekt in Grönland, das East Greenland Ice core Project (EGRIP), das noch bis 2020 läuft, versucht, das Verhalten der Eisströme zu verstehen, die sich durch das grönländische Schelfeis ziehen. Die Eisströme münden in den Ozean und sind für die Hälfte des Massenverlustes des grönländischen Eisschildes verantwortlich.
Im nordöstlichen Teil Grönlands beginnt der größte Eisstrom direkt an der zentralen Eisscheide und durchschneidet den Eisschild keilförmig, um über drei große Eisströme in den Ozean zu münden. Der Beginn des Eisstroms an der Eisscheide wird vermutlich durch starkes Schmelzen an der Basis verursacht, wobei die Eisströme 200 Kilometer von der Eisscheide (aber immer noch 500 Kilometer von der Küste entfernt) Geschwindigkeiten von bis zu 100 Metern/Jahr erreichen.
In den nächsten Jahren wird im Rahmen des Projekts ein Eiskern durch die 2.550 Meter Eis bis zum Grundgestein gebohrt, um die Dynamik des Eisflusses in einem Eisstrom zu verstehen und die Wasserprozesse zu erfassen.
Multinationale Anstrengungen auf dem Eis
An dem Projekt werden Wissenschaftler aus rund sechs Nationen beteiligt sein. Nationale Förderorganisationen aus Dänemark, Deutschland, Japan, Norwegen und den USA haben bereits zugesagt, EGRIP sowohl finanziell als auch logistisch zu unterstützen. So stellt beispielsweise die U.S. National Science Foundation ein mit Skiern ausgestattetes LC-130-Flugzeug zur Verfügung und beteiligt sich an den Kosten für die Flüge, und Deutschland stellt ein DC3-Flugzeug und Fahrzeuge zur Verfügung. Auch die Schweiz, Frankreich, China und Italien haben ihre Beteiligung an dem Projekt angekündigt.
Konservierte DNA im Eis
Bevor Wissenschaftler Eiskerne im grönländischen Eisschild bohrten, wurden nur Fossilien aus eisfreien Gebieten gefunden, die vergangene warme Klimaperioden beschrieben. Mit dem Aufkommen tiefer Eiskernbohrungen in Grönland stoßen die Forscher nun jedoch auf gefrorene molekulare Überreste vergangener Arten, die so genannte fossile DNA", die sich auf Hunderttausende von Jahren zurückdatieren lässt.
Durch die Analyse der DNA prähistorischer Organismen können Wissenschaftler Einblicke in die Ökosysteme gewinnen, die während früherer Warmzeiten in Grönland existierten. Dies ist möglich, weil die kalten Temperaturen des grönländischen Inlandeises die DNA gefrieren lassen: Normalerweise zerfällt und fragmentiert die DNA, doch in gefrorenen Umgebungen verlangsamt sich die Zersetzungsrate, und wenn die DNA von Erdpartikeln bedeckt ist oder sich in trockenem oder kaltem Permafrost befindet, sinkt die Zersetzungsrate noch mehr, da die Erdpartikel eine schützende Wirkung haben.
Unterglaziale Seen
Neben den Eisströmen haben Wissenschaftler auch zwei subglaziale Seen 800 Meter unter dem grönländischen Eisschild entdeckt, die jeweils etwa 8-10 Quadratkilometer groß sind. Die Entdeckung durch Wissenschaftler des Scott Polar Research Institute an der Universität Cambridge erfolgte mithilfe von Radarmessungen aus der Luft, um die Seen unter dem Eisschild zu entdecken. Der leitende Wissenschaftler Dr. Steven Palmer erklärte, dass die "Ergebnisse zeigen, dass es in Grönland subglaziale Seen gibt und dass sie einen wichtigen Teil des Abwassersystems des Eisschildes bilden".
Die Forscher fanden heraus, dass die neu entdeckten Seen wahrscheinlich durch schmelzendes Oberflächenwasser gespeist werden, das durch die Risse im Eis abfließt. Ein nahe gelegener Oberflächensee könnte die subglazialen Seen in warmen Sommern sogar auffüllen. Dies bedeutet, dass die Seen Teil eines offenen Systems sind und mit der Oberfläche in Verbindung stehen, anders als die antarktischen Seen, die oft isolierte Ökosysteme sind, da die Oberflächentemperaturen das ganze Jahr über unter dem Gefrierpunkt liegen.
Früher glaubten die Wissenschaftler, dass die steilere Eisoberfläche Grönlands bedeutete, dass jegliches Wasser unter dem Eis an den Rand gedrückt wurde, und dass, da das Eis in Grönland dünner ist als in der Antarktis, alle Seen, die sich bildeten, schnell zugefroren wären, da das dickere antarktische Eis wie eine isolierende Decke wirken kann, die das Gefrieren des unter der Oberfläche eingeschlossenen Wassers verhindert.
Von Halorache (Eigenes Werk) [CC BY-SA 3.0], über Wikimedia Commons
Was uns das Eis über die Sterne verrät
So wie das Leben auf der Erde von flüssigem Wasser abhängt und die Untersuchung von Eis Aufschluss über das Klima in der Vergangenheit geben kann, wird uns die Untersuchung von Eis auf anderen Planeten und Monden Aufschluss über das Klima in der Vergangenheit und die Entwicklung dieser Teile des Sonnensystems geben. Glücklicherweise müssen Wissenschaftler nicht zu weit entfernten Planeten reisen, um deren Geschichte zu verstehen. Sie können nach Grönland oder in die Antarktis reisen, da die Erde, die Planeten und Monde des Sonnensystems alle aus derselben Staub- und Gaswolke hervorgegangen sind und die Wissenschaftler daher das Klima auf anderen Planeten unseres Systems abschätzen können.