Grönlands Geisterwellen: Monsterwellen beschleunigen die Gletscherschmelze

Wer an schwindende Gletscher denkt, verbindet damit meist Sonne, milde Luft und Regen. In Grönlands Fjorden wirkt jedoch noch eine zweite, weit weniger sichtbare Kraft: gewaltige Unterwasserwellen von der Höhe eines Hochhauses transportieren Meereswärme unmittelbar zur Eisfront – und beschleunigen das Schmelzen erheblich.

Wenn ein Eisberg fällt, beginnt das heimliche Beben

An den Rändern grönländischer Gletscher ereignen sich täglich eindrucksvolle Abbrüche. Riesige Eisstücke lösen sich, fallen ins Meer und erzeugen an der Oberfläche auffällige Wellen sowie hohe Gischtfontänen. Doch das, was Menschen und Kameras beobachten können, ist lediglich der sichtbare Auftakt.

Jeder dieser Eisabbrüche setzt gewaltige Mengen Energie frei. Schlägt ein tonnenschwerer Eisblock aus mehreren Dutzend Metern Höhe auf dem Wasser auf, gerät die gesamte Wassersäule des Fjords in Bewegung. Die Forschung bezeichnet dieses Phänomen als „interne Tsunamis“: Wellen, die nicht über die Meeresoberfläche laufen, sondern sich tief im Inneren des Wassers fortsetzen.

Diese internen Riesenwellen können die Höhe eines Wolkenkratzers erreichen und hunderte Meter tief reichen – völlig unsichtbar von außen.

Eine Studie der Universität Zürich und von Partnern in den USA zeigt, dass diese Vorgänge weit mehr als eine Begleiterscheinung der Gletscherschmelze sind. Sie fördern das Abschmelzen aktiv, weil die Unterwasserwellen warmes Tiefenwasser mit den kälteren Wasserschichten darüber vermengen.

Mit jeder Welle erreicht wärmeres Wasser die Eisfront und den Gletscherboden. Dadurch verliert das Eis an Halt, während sich die Front schneller zurückzieht. Forschende sprechen von einem „Multiplikator-Effekt“: Der durch einen Abbruch ausgelöste Wellengang schafft Bedingungen für den nächsten.

Faseroptik statt Satellit: Wie Forschende die Geisterwellen fanden

Seit Jahren dokumentieren Satelliten eindrücklich, wie sich Grönlands Gletscher zurückziehen. Die Prozesse unter der Wasseroberfläche bleiben ihrem Blick allerdings verborgen. Gerade in Tiefen von mehreren Dutzend bis Hunderten Metern findet jedoch die entscheidende Physik statt.

Um diesen verborgenen Bereich zu erfassen, nutzte ein internationales Forschungsteam eine ungewöhnliche Methode. In einem Fjord im Süden Grönlands verlegten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen rund zehn Kilometer langen Glasfaserkabel-Strang auf dem Meeresboden. Üblicherweise dient ein solches Kabel zur Datenübertragung – in diesem Fall wurde es zu einem Messgerät.

Die zugrunde liegende Technik trägt den Namen „Distributed Acoustic Sensing“ (DAS). Dabei wird ein Laserimpuls durch die Glasfaser geleitet. Kleinste Veränderungen im Kabel, die etwa durch Erschütterungen oder Temperaturdifferenzen entstehen, können anschliessend meterweise abgelesen werden.

Aus einem simplen Glasfaserkabel wird ein 10.000 Meter langer Unterwassersensor, der jede Erschütterung spürt.

Damit liessen sich sämtliche Gletscherabbrüche im Fjord ähnlich präzise wie mit einem besonders empfindlichen Seismografen verfolgen. Die Messdaten offenbarten dabei ein eindeutiges Muster:

• Zunächst erfasst das System den Einschlag des Eisbergs sowie die kurzlebigen Wellen an der Oberfläche.
• Anschliessend treten langsamere interne Wellen auf, die sich über Stunden durch die Tiefe ausbreiten.
• Diese Wellen stehen mit Verschiebungen in der Temperaturverteilung des Fjords in Zusammenhang.

Die analysierten Datenreihen zeigen, dass die internen Wellen wiederholt wärmeres Wasser an die Gletscherfront führen. Pro solcher „Wellenzyklen“ verschwinden durchschnittlich etwa ein Zentimeter Eis. Insgesamt errechnete das Forschungsteam bis zu einen Meter Schmelze täglich – allein infolge der Vorgänge unter Wasser.

Der Gletscher, der sich selbst untergräbt

Im Mittelpunkt der Messkampagne stand der Gezeitengletscher Eqalorutsit Kangilliit Sermiat im Süden Grönlands. Bei solchen Gletschern reicht die Eiszunge unmittelbar ins Meer, und sie geben jedes Jahr enorme Eismengen ab.

Für diesen Gletscher berechnete das Team einen jährlichen Verlust von rund 3,6 Kubikkilometern Eis. Das entspricht beinahe dem Dreifachen des Volumens des bekannten Rhonegletschers in der Schweiz. Ein beträchtlicher Anteil dieses Eises gelangt als Eisberge in den Fjord.

Ausgerechnet diese Eisberge setzen jene Abläufe in Gang, die ihr „Muttereis“ weiter destabilisieren:

• Abbruch eines Eisbergs → Energieeintrag in den Fjord
• Entstehung interner Riesenwellen → starkes Durchmischen der Wasserschichten
• Transport von warmem Tiefenwasser an den Gletscherfuß → verstärkte Unterwasserschmelze
• Verlust an Stabilität der Gletscherfront → weitere Abbrüche

So entsteht eine Rückkopplungsschleife. Durch seine eigenen Abbrüche löst der Gletscher dynamische Meeresprozesse aus, die ihn von unten noch rascher ausdünnen. Klimamodelle, welche ausschliesslich Lufttemperatur und die allgemeine Erwärmung der Ozeane einbeziehen, unterschätzen den tatsächlichen Eisverlust daher deutlich.

Nach Angaben der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wichen einige frühere Berechnungen bei der Unterwasserschmelze teilweise um den Faktor 100 ab. Die neue Messmethode schliesst an dieser Stelle eine wesentliche Wissenslücke.

Was Grönlands Geisterwellen für den Meeresspiegel bedeuten

Nach der Antarktis besitzt Grönland die zweitgrösste Eismasse der Erde. Die grönländische Eiskappe speichert genug Wasser, um den weltweiten Meeresspiegel bei vollständigem Abschmelzen um rund sieben Meter steigen zu lassen. Zwar rechnet niemand damit, dass dies in kurzer Zeit geschieht, doch jeder zusätzliche Faktor, der die Schmelze beschleunigt, ist bedeutsam.

Die internen Wellen verstärken den Einfluss der bereits wärmer werdenden Ozeane. Damit könnte der Beitrag der grönländischen Gletscher zum Anstieg des Meeresspiegels rascher zunehmen, als viele frühere Analysen angenommen hatten.

Selbst wenn sich die Lufttemperaturen stabilisieren würden, könnten interne Wellen die Gletscher Grönlands von unten weiter angreifen.

Besonders gefährdet durch einen steigenden Meeresspiegel sind dicht besiedelte Küstengebiete. Millionenstädte wie Hamburg, Rotterdam, New York oder Mumbai müssen Deiche und andere Schutzanlagen anpassen. Kleine Inselstaaten kämpfen bereits heute gegen zunehmende Erosion und häufiger auftretende Überschwemmungen.

Hinzu kommt, dass Grönlands Schmelzwasser grosse Meeresströmungen wie den Golfstrom beeinflusst. Gelangen grosse Mengen Süsswasser in den Nordatlantik, verändert dies die Dichte des Meerwassers und damit die Dynamik der Strömungen. Modellrechnungen legen nahe, dass das europäische Klima dadurch instabiler werden könnte – mit ausgeprägteren Extremen zwischen Hitze, Starkregen und Kältephasen.

Warum interne Wellen so schwer vorstellbar sind

Interne Wellen wirken zunächst wie ein abstraktes Konzept, obwohl der physikalische Grundsatz vielen aus dem Alltag bekannt ist. Zieht man einen Löffel durch ein geschichtetes Getränk, etwa durch einen Cocktail mit Sirup unten und Saft oben, vermischen sich die einzelnen Lagen. Im Meer übernehmen interne Wellen genau diese Aufgabe.

Sie bewegen sich entlang von Wasserschichten unterschiedlicher Dichte, die durch Temperatur und Salzgehalt entstehen. An der Oberfläche kann das Meer völlig ruhig erscheinen, während darunter mächtige Wellenberge und Wellentäler vorbeiziehen. Sichtbar werden diese Strukturen erst durch moderne Verfahren wie Glasfaser-Sensorik oder spezielle Unterwasser-Radare.

Derartige Wellen kommen nicht nur in Gletscherregionen vor, sondern beispielsweise auch an Kontinentalhängen im offenen Ozean. Dort helfen sie, Wärme und Nährstoffe zu verteilen. In arktischen Fjorden trifft dieser Mechanismus jedoch auf die Eiszungen der Gletscher – mit deutlich erkennbaren Auswirkungen auf deren Stabilität.

Was sich aus den neuen Erkenntnissen lernen lässt

Für die Klimaforschung stellt die Studie einen doppelten Fortschritt dar. Einerseits liefert sie ein wesentlich präziseres Bild davon, wie schnell Gletscher tatsächlich von unten schmelzen. Andererseits macht sie deutlich, dass bestehende Glasfasernetze zu leistungsfähigen Umweltsensoren werden können.

Künftig könnten Forschungsteams vergleichbare Messungen an weiteren Gletschern in Grönland, der Antarktis oder in abgelegenen Fjorden Norwegens durchführen. Selbst bereits verlegte Unterseekabel, welche Kontinente verbinden, könnten grundsätzlich als Messinstrumente eingesetzt werden. Auf diese Weise wäre ein weltweites Netzwerk denkbar, das Erdbeben, Unterwasserlawinen oder eben Geisterwellen an Gletscherfronten erfasst.

Für die Öffentlichkeit erinnert das Ergebnis daran, wie komplex das Klimasystem ist. Die Temperaturanzeige am Handy erzählt nur einen Teil der Geschichte. In den Tiefen der Ozeane laufen Prozesse ab, die Jahrzehnte später Küsten formen, Versicherungsprämien beeinflussen und darüber entscheiden können, ob bestimmte Regionen weiterhin bewohnbar sind.

Wer Reisen in arktische Gebiete plant, sich mit Schifffahrtsrouten durch eisige Gewässer beschäftigt oder an Küstenschutz arbeitet, sollte interne Wellen künftig berücksichtigen. Sie verändern nicht nur die Dynamik des Eises, sondern auch Strömungen, den Transport von Sedimenten und die Lebensbedingungen von Meerestieren im Fjord.

Die Monsterwellen unter Grönlands Fjorden machen letztlich sichtbar: Selbst bei spiegelglatter Meeresoberfläche können enorme Energien wirken. Diese stille Kraft nagt derzeit unaufhaltsam am Eis der Erde – Meter für Meter, Tag für Tag.