Grönland – klimatologisch

In Schnee und Eis sind die mächtigsten Süßwasserreservoire auf der Erde gespeichert, vor allem in den Eisschilden über Grönland (9% des Süßwasser der Erde) und der Antarktis. Die grönländische Eiskappe, ein Überbleibsel der letzten Eiszeit, ist stellenweise mehr als drei Kilometer dick und damit – nach dem Antarktischen Eisschild – die zweitgrößte zusammenhängende und dauerhaft vereiste Inlandseismasse. Pro Jahr lagern hier beachtliche 500 Gigatonnen Schnee ab.

An der Südwestküste Grönlands finden wir den größten erhaltenen Überrest sehr früher kontinentaler Kruste, den sog. Isua-Gneis, der vor 3,8 Milliarden an einer Naht zwischen zwei Erdplatten entstand. Er entging der Vernichtung (die bei Meeresböden normalerweise üblich ist), weil er damals mit einem Kontinentalkern verschmolz und dabei Teil eines Gebirges wurde. Nach mehrmaligen Senkungen und Aufstiegen der Gebirgskette und dem Wirken der Erosion blieb ein Teil übrig, eben Isua. Seit rund 2,7 Milliarden Jahren ist den Steinen von Isua nicht mehr viel passiert.

Beim Zerfall des Superkontinents Pangäa, der vor 200 bis 170 Millionen Jahren begann, entfernten sich auch Nordamerika und Europa schrittweise voneinander. Vor 130 bis 80 Millionen Jahren trennte sich Grönland von Kanada und schließlich vor 60 bis 55 Millionen Jahren auch von Skandinavien. Ursache für letzeres Ereignis war das örtliche Aufsteigen heißen Mantelmaterials zwischen Norwegen und Grönland, das sog. Island-Plume, das einen großflächigen Vulkanismus auslöste. Über 15 Millionen Jahre lang stieß der vulkanische Hotspot große Mengen Lava und Klimagase aus und gab dem Nordatlantik seine heutige Gestalt.

Während der letzten Eiszeit erfolgte vor 24 000 Jahren wieder einmal eine sehr starke Abkühlung, die letzte Vereisungsphase. Eiskappen mit über 3,5 Kilometern Dicke bedeckten Kanada und Nordeuropa. Dabei überspannten sie auch die Nordmeere einschließlich der Inseln Grönland und Island. Der Meeresspiegel war um mehr als 100 Meter unter den heutigen Wert gesunken. Die Atmosphäre war so trocken, dass es kaum regnete oder schneite; der Niederschlag über Grönland betrug, verglichen mit heute, nur die Hälfte. Das verminderte den natürlichen Treibhauseffekt unseres Planeten und trug so zur Abkühlung bei.

Dann wurde es wärmer, und das Eis zog sich langsam zurück. Vor 14 700 Jahren wurde der Golfstrom in Gang gesetzt. Durch das schmelzende Eis hatten sich die Dichteverhältnisse der Wassermassen im Südmeer verändert. Dadurch entstand die Strömung, die entlang der südamerikanischen Küste nordwärts in die Karibik verläuft, wo sich das Wasser erwärmt und weiter in den Nordatlantik, bis in die Region vor Grönland und Island, verfrachtet wird.

Dieser Wärmetransport beeinflusst die Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit und damit auch die Windströmungen zwischen Europa und Amerika. Im Nordatlantik gibt das Wasser die in den Tropen gespeicherte Wärme großzügig an die kalten Luftschichten über ihm ab. Es wird salziger und damit schwerer, bis es so kalt und dicht ist, dass es im Europäischen Nordmeer zwischen Skandinavien und Grönland sowie in der Labradorsee vor der Ostküste Kanadas wie ein Wasserfall bis zu 2000 bis 3000 Meter in die Tiefe sinkt.

Es entsteht eine rückläufige Tiefenströmung, die wie ein großer Fluss die gesamte Länge des Atlantiks hinunter nach Süden läuft. Zum Ausgleich strömt im Gegenzug an der Oberfläche weiteres warmes Wasser von Süden (aus tropischen Breiten) heran. Dieser Konvektionsmechanismus wirkt wie ein Pumpe und hält das System in Gang. Man spricht bei dieser Zirkulation vom „Atlantischen Förderband“ oder „Atlantischen Strömungssystem“ (AMOC). Der Golfstrom ist ein Teil davon.

Die untermeerische Schleife ist eine Besonderheit des Nordatlantiks, dessen Wasser auf Grund extrem niedriger Temperaturen und starker Salzigkeit eine höhere Dichte hat als das im Indischen oder Pazifischen Ozean. Die an die Atmosphäre abgegebene Wärme macht die nordatlantische Region für ihren Breitengrad eigentlich viel zu warm, besonders dort, wo Luft vom Meer zum Land weht. Der Golfstrom dient den angrenzenden Ländern so als künstliche Heizung, sodass im Osten Nordamerikas und im nordwestlichen Europa heute ein gemäßigtes Klima herrscht. Insgesamt ist die Nordhalbkugel der Erde im Durchschnitt 1,4°C wärmer als die Südhalbkugel – und der thermische Äquator, der Breitengrad, an dem es auf der Erde am wärmsten ist, liegt hier etwa 10° nördlich des geografischen Äquators.

Vor 11 700 Jahren begann unser Zeitalter, das Holozän. Es gilt als Zwischeneiszeit, denn Antarktis und Grönland sind noch immer tief vergletschert. Während der letzten Wärmeperiode, etwa zwischen 950 und 1100, war der grönländische Eisschild deutlich kleiner als heute. Wegen seines milden Klimas wurde Grönland („Grünland„) zu dieser Zeit von den Wikingern besiedelt, weil ihnen Island („Eisland„) zu unwirtlich war. Die Epoche milden Klimas währte allerdings nur sehr kurz.

Eine Kaltphase, die sogenannte „Kleine Eiszeit„, begann in Grönland mit einem starken Temperaturrückgang um 1340 und setzte sich mit Schwankungen bis Mitte des 15. Jahrhunderts fort. Ursache war wohl ein 1000-jähriger Zyklus der Sonnenaktivität. Die Kälte, vor allem nasskalte Sommer, brachte für die Menschen in ganz Westeuropa Missernten und Hungersnöte. Die Grönländer gaben ihre Kolonien auf.

Erwärmungstrend

Grönland und Arktis erwärmen sich heute tatsächlich deutlich schneller als andere Regionen (und der globale Durchschnitt), und die sommerliche Meerausdehnung geht seit Jahrzehnten zurück. Infolge der raschen Erwärmung verändern sich auch die weltumspannenden Starkwindbänder der Atmosphäre.

Zwischen 1979 und 2025 hat die Arktis eine Eisfläche verloren, die etwa sechsmal so groß ist wie Deutschland. Nur die Hälfte des Eises wird hier in Form von Eisbergen abgestoßen, der Rest schmilzt am Küstenstreifen, wo die Temperaturen im Sommer über den Gefrierpunkt steigen. Auch der Schnee rund um die Nordhalbkugel verschwindet vielerorts immer schneller als sonst. Die fehlende Rückstreuung des Sonnenlichts (der sogenannte Albedo-Effekt*) beschleunigt die Erwärmung der hohen nördlichen Breiten.

*Eine weiße Eis- oder Schneefläche reflektiert das auftreffende Sonnenlicht fast vollständig, sodass sich der Ozean bzw. Erdboden darunter nicht erwärmt. Geht aber die Eis- und Schneebedeckung zurück, kommt eine dunkle Fläche zum Vorschein, die mehr Sonnenenergie absorbiert und sich weiter aufheizt.

Wenn das arktische Meereis weiter schmilzt, kann die regionale Erwärmung nicht nur verstärkt werden, sie trägt auch zur Erosion der arktischen Küsten und zu einer Veränderung des globalen Wettermusters bei. Die Wetterlagen verweilen länger als üblich über Nordamerika, Mitteleuropa und Asien und bescheren Millionen Menschen Hitzewellen, Dürren und heftige Stürme. Im südlichen Arktischen Ozean nimmt bereits die Menge an Plankton zu, was die Nahrungskette durcheinanderbringt und damit den kommerziellen Fischfang beeinträchtigen dürfte.

In den Höhenlagen des Grönländischen Eisschilds war das erste Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts das wärmste bislang dokumentierte seit rund 1000 Jahren. Die grönländischen Gletscher schmelzen fünfmal so schnell wie noch in den 1980er Jahren. Insgesamt hat Grönland seit 1992 etwa 3,8 Billionen Tonnen Eis durch den Klimawandel verloren, wobei sich die Verluste seit der Jahrtausendwende deutlich beschleunigt haben. Der Eisschild ist inzwischen um mehr als 5000 Quadratkilometer geschrumpft. Auch die Schmelzperiode im Sommer hat sich hier verändert – sie dauert mittlerweile mehrere Wochen länger als früher und lässt eine immer größere Fläche eisfrei liegen.

Der Sommer 2019 war auf Grönland außergewöhnlich warm. Die Eiskappe der Insel verlor extrem viel Eis (600 Milliarden Tonnen). Ursachen waren nicht bloß hohe Temperaturen, sondern ein ungewöhnlich stabiles Hochdruckgebiet über Grönland, verursacht durch stabile Schlaufen des Jetstreams, die weit nach Norden und Süden ausgriffen und sehr stabiles Klima einschlossen. Der durchschnittliche Meeresspiegel steig weltweit innerhalb von zwei Monaten um 2,2 Millimeter.

Setzt sich der gegenwärtige Trend beim Ausstoß klimarelevanter Treibhausgase fort, wird sich der Eisverlust weiter stark beschleunigen. In der Südhälfte Grönlands (Südostküste) haben alle Gletscher Fahrt aufgenommen. Schmelzwasser, das von der Eisoberfläche zum Gletschergrund sickert, verringert dort die Reibung zwischen dem Eisstrom und der felsigen Unterlage. Dadurch steigt die Fließgeschwindigkeit der Eismasse, während gleichzeitig ihre Dicke abnimmt. Zusätzlich zur Schmelze von oben, die auf die steigenden Lufttemperaturen zurückgeht, dringt vermutlich das wärmer werdende Meerwasser auch weiter als bisher vermutet am Grund der Fjorde, die auf Grönland lang und tief sind, ins Inland vor und taut dabei das Eis von unten an.

Wärmeflüsse an der Basis der Eiskörper werden auch stark von Prozessen beeinflusst, deren Ursprung weit unterhalb des auf der Lithosphärenplatte aufliegenden Eispanzers liegt. Die Lithosphäre unterhalb von Zentralgrönland ist ungewöhnlich dünn, sodass offenbar mehr Wärme als gedacht aus dem Erdmantel nach oben dringt und die Basis des mächtigen Grönländischen Eisschilds in einigen Regionen auftaut.

Der Grund für die ungewöhnlich dünne kontinentale Kruste liegt 50 bis 70 Millionen Jahre zurück, als nach oben fließendes warmes Mantelmaterial die Lithosphäre von unten her ausdünnte. In der Regel sind Veränderungen des Wärmeflusses in der Litosphäre für das Geschehen auf der Erdoberfläche vernachlässigbar, denn Sonne und Atmosphäre haben viel stärkeren Einfluss. Wo Sonne und Luft aber nicht hingelangen, spielt der litosphärische Wärmefluss eine wichtige Rolle für die Temperaturverteilung und die Bewegungen im Eiskörper. Unterstützt vom Druck der auflastenden Eismasse lässt er dessen Basis anschmelzen, wodurch sich Eisströme schneller bewegen.

Das Abschmelzen des Grönländischen Eisschilds trägt maßgeblich zum weltweiten Anstieg des Meeresspiegels bei. Der Verlust an Eismasse in der Antarktis und auf Grönland zusammen ist inzwischen für ein Viertel des Meeresspiegelanstiegs (seit 1992 um 21 Millimeter) verantwortlich. Setzt sich der allgemeine Trend fort, könnte allein der Grönländische Eisschild bis zum Jahr 2100 den Meeresspiegel um 20 Zentimeter erhöhen. Allerdings gibt es insgesamt keine zuverlässigen Prognosen über den zukünftigen Meeresspiegelanstieg.

Der Anstieg des Meeresspiegels ist auch aus einem anderen Grund ein ernstes Problem für kommenden Generationen. Der Ozean reagiert sehr träge auf Veränderungen. Im Meer macht sich der Klimawandel erst mit einer Verzögerung von mehreren Jahrhunderten bemerkbar. Der Physiker und Klimawissenschaftler Anders Levermann kommt zu dem Ergebnis, dass der globale Meeresspiegel mit jedem Grad Erwärmung in den nächsten beiden Jahrtausenden um 2,30 Meter steigen wird. Das heißt: Selbst wenn es gelänge, den Temperaturanstieg auf zwei Grad zu begrenzen, steigt das Wasser weiter bis zur Marke von fünf Meter.

Hebung Grönlands

Grönland hebt sich derzeit stärker und schneller aus dem Meer als das Wasser vorrücken kann. Allein zwischen 2013 und 2023 ist die Insel um 23 Zentimeter gewachsen. Hochgerechnet auf ein Jahrhundert würde sie sich damit um mehr als zwei Meter heben. Dieser Vorgang ist eine natürliche geotektonische Veränderung und wird als isotonischer Aufstieg bezeichnet. Er findet in vielen Regionen seit Ende der Eiszeit statt, nachdem sich dort die Gletscher zurückgezogen haben.

Das auflastende Gewicht der Eismassen hat die darunter liegende Erdkruste tiefer in den Erdmantel gedrückt. Durch die schwindende Belastung kommt es zu einer Ausgleichsbewegung und das Land hebt sich. Dieser Prozess wird wiederum von einem Absinken in anderen Gebieten begleitet. Deutlich zu sehen ist das etwa im Bereich Ostsee: Während Skandinavien seit der letzten Eiszeit aufsteigt, sinkt die gegenüberliegende ostdeutsche Küste etwas ab.

Die Landhebung Grönlands lässt sich in ihren Ausmaßen aber nicht nur durch die natürliche Entwicklung nach der Eiszeit erklären. Die Gesteinskruste der Insel reagiert auch auf die deutlich beschleunigten Verluste an grönländischem Eis seit der Jahrtausendwende mit einer verstärkten Hebung. Besonders stark findet diese im Südosten der Insel statt, wodurch auch die Fläche der Insel wächst, da sie aus dem Meer aufsteigt. Gleichzeitig mit der Landhebung sorgt die Plattentektonik dafür, dass sich die Insel nach Nordwesten bewegt, durchschnittlich mehr als zwei Zentimeter pro Jahr in den letzten 20 Jahren. Dies geschieht nicht überall im gleichen Maße, weshalb Grönland an manchen Stellen in die Breite gezogen und an anderer Stelle gestaucht wird. Netto wird Grönland dadurch etwas kleiner, kalkulieren die Forscher.

Mittelfristig wird wohl der isostatische Aufstieg und die damit einhergehende Flächenvergrößerung allerdings überwiegen. Denn durch die Eisschmelze verlängern sich die festen Küstenlinien Grönlands, weil sich die Gletscher landeinwärts zurückziehen. Auch tauchen bislang unter Eis verborgene Inseln auf.

Kipppunkte

Die jährlichen Schwankungen bei der Eisschmelze Westgrönlands zeigen Anzeichen für ein „critical slowing down„. Demnach befindet sich das Grönländische Eisschild derzeit quasi am Übergang zwischen einem stabilen Zustand und einem Teufelskreis. Die Ursache ist vermutlich eine Rückkopplung zwischen der Gletscherdicke, also der Höhe der Eiskappe, und dem Eisverlust durch Schmelzen. Unterhalb einer kritischen Temperatur verliert ein dünner Eispanzer weniger Masse, weil er nicht mehr so schnell fließt; umgekehrt verdünnt sich ein dicker Eisschild durch sein Eigengewicht wieder. Dadurch hat die Eiskappe langfristig eine stabile Höhe. Steigt die Temperatur über einen kritischen Wert, dann beginnt die Eisschmelze an der Oberfläche der Eiskappe den Abfluss zu bestimmen. Und da es in geringeren Höhen immer wärmer wird, schmilzt der Eispanzer noch schneller, je dünner er wird – ein Teufelskreis, der erst mit dem totalen Abschmelzen endet.

Wir nähern uns damit einem für das Klima wichtigen Kipppunkt. Ist ein solcher erreicht, kehrt das System nach einer Störung nicht mehr zu einem „Normalzustand“ zurück, sondern „kippt“ in einen neuen stabilen Zustand. Allerdings sind diese Aussagen bezüglich des Grönländischen Eisschilds noch mit großen Unsicherheiten behaftet, da das Verhalten der Eiskappen relativ rätselhaft ist. Nach wie vor ist es schwierig, die Geschwindigkeit, mit der das mehrere Kilometer dicke Eis schmilzt, genau vorherzusagen. Deshalb wagen die Forscher auch keine Vorhersage, wie nahe man am Kipppunkt tatsächlich ist und wann der Teufelskreis merklich zu greifen beginnt.

AMOC

Durch das Abschmelzen des arktischen Meereises und des grönländischen Eisschilds gelangt Süßwasser in den Atlantischen Ozean, was vor Ort die Dichte des Oberflächenwassers noch weiter verringert und die Tiefenwasserbildung, welche die AMOC antreibt, hemmt. Der Wasserfall in der Grönlandsee wird moderater, fällt also nicht mehr so stark und schnell in die Tiefe. Entsprechend geringer fällt die resultierende Sogwirkung aus. Beide Faktoren, die Instabilität der Atlantikströmung und die Eisschmelze von Grönland führen jeder für sich also zu einer erheblich stärkeren Abschwächung des Golfstromsystems. Nach Überzeugung der Wissenschaftler ist der beobachtete Abkühlungstrend im subpolaren Atlantik schon ein Hinweis auf ein erlahmendes Golfstromsystem. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts hat dessen Strömung bereits um rund 15% an Schwung verloren.

Wenn im schlimmsten Fall die Erderwärmung den Grönländischen Eisschild abtaut, könnte das nordatlantische Förderband völlig zum Stillstand kommen. (Oder der Prozess verlagert sich im Zweifel südwärts, was den Wärmetransport nach Nordost aber ebenfalls beeinträchtigen würde.) Jahrhundertealte Strömungen würden sich verändern und mit ihnen das davon beeinflusste Wetter, vor allem auf den Kontinenten beidseits des Atlantiks. Die Temperaturen in Nordwesteuropa könnten um bis zu 15°C fallen und die Region in eine neue Eiszeit stürzen, während die Südhalbkugel unter zunehmender Hitze leiden würde. Außerdem könnte ein weitgehender Kollaps der AMOC zu verheerenden Veränderungen der Regenmuster im Amazonasbecken führen. Die Auswirkungen wären insgesamt so extrem, dass sich die Menschheit daran nur schwer anpassen könnte.

Die Chancen stehen wohl 50:50, dass die AMOC den Kipppunkt noch in diesem Jahrhundert erreicht und einen Großteil ihrer Kraft verliert. Dass sie ganz zum Erliegen kommt, schließen die Experten nicht aus. Während der letzten Eiszeit passierte das ein halbes Dutzend Mal – immer dann, wenn große Eismassen ins Meer rutschten. In vielen neueren Modellsimulationen käme der AMOC erst nach dem Jahr 2100 zum Erliegen. Unerwartet große Mengen Schmelzwasser vom Grönländischen Eisschild könnten womöglich den Kollaps beschleunigen. Allerdings würde ein Zusammenbruch nicht abrupt erfolgen, sondern zöge sich über 50 bis 100 Jahre hin.

Bislang zeigen die Aufzeichnungen keine anhaltenden Veränderungen. So ist die Annahme, dass die AMOC auf einen Kollaps zusteuert, nicht unumstritten. Der Meeresphysiker Kjetil Vage vermutet, dass gerade der Meereisrückgang entlang der grönländischen Ostküste verhindern könnte, dass sich die AMOC tatsächlich so stark verlangsamt, wie befürchtet.

Zukunft

Viele Prozesse verstärken sich heute gegenseitig: Das Meereis schwindet, die Lufttemperatur steigt, die Permafrostböden tauen und die Gletscher schmelzen. Das Kippelement „Arktisches Meereis“ scheint voll am Laufen zu sein, das Kippelement „Grönländischer Eisschild“ am Anlaufen und weitere Kippelemente werden wie Dominosteine folgen, denn sie verstärken sich gegenseitig.

In wenigen Jahrzehnten könnte das arktische Meereis im Sommer komplett abschmelzen. Der Nordpol wäre ein eisfreier Punkt mitten im Ozean. Im Laufe der nächsten Jahrhunderte könnte es auf der Erde so warm werden, dass sich auch im Winter hier kein Eis mehr bildet. Der Arktische Ozean wäre das ganz Jahr über eisfrei. Sollte es soweit kommen, würde die Arktis durch die erhöhte Absorption von Sonneneinstrahlung und durch die Wasserdampfflüsse, die in die Atmosphäre gelangten, von allein soviel wärmer, dass es schwer wäre, das System wieder abzukühlen. Das würde wiederum das Risiko dramatisch erhöhen, dass der Grönländische Eisschild komplett verloren geht.

Selbst wenn die ganze Welt sofort aufhörte, fossile Brennstoffe zu nutzen, wird der Eisschild auf Grönland in den kommenden Jahrzehnten rund 100 Billionen Tonnen Eis verlieren. Noch reflektieren Schneeflächen dort den größten Teil des Sonnenlichts. Aber schon heute schwindet das Eis auf Grönland schneller als vorausberechnet. Zuletzt eisfrei war die Insel vor mehr als 2,6 Millionen Jahren, teilweise auch vor etwa 7000 Jahren. Das hieße, auch ein Meeresspiegelanstieg von sieben Metern und mehr wäre dann wohl unvermeidlich. Hamburg und Bremen ständen unter Wasser, Holland würde im Meer versinken.

Wo der Kipppunkt allerdings genau liegt, ist unklar. Laut Modellen könnte er schon bei 1,6° Temperaturanstieg erreicht sein, andere sehen den kritischen Punkt erst bei einer weltweiten Erwärmung um knapp 3°C . Laut Simulationen wäre das Eis unter Annahme eines pessimistischen Emissionsszenarios bis zum Jahr 3000 völlig verschwunden. Unbekannt ist aber noch, ob das Eis tatsächlich komplett abschmelzen würde – oder ob es einen weiteren stabilen Gleichgewichtszustand bei einer geringeren Eisdicke gibt. Beispielsweise könnte wärmere, feuchte Luft mehr Schneefall bringen, der den Eisverlust ausgleicht – jedenfalls, wenn die Temperatur nicht allzu sehr weiter steigt.

Die letzte Warmzeit (Eem-Warmzeit vor 126 000 bis 110 000 Jahren) gilt als Vergleichsmaßstab für die heutige Warmzeit. Damals ließ, so die Analyse, das schmelzende Grönland-Eis den Meeresspiegel rasch steigen, wodurch der antarktische Eisschild ins Rutschen geraten sei. Heute herrschen ähnliche Bedingungen wie damals – und ein ähnliches Szenario scheint sich abzuzeichnen.

Folgen

Wird die Arktis eisfrei, dürfte sie sich in fast allen Aspekten gravierend verändern. Auch der Schiffsverkehr würde stark zunehmen. Reedereien, die mit dem Fernen Osten Handel treiben, können im Sommer den halben Weg sparen, was Treibstoffe und CO₂-Emissionen reduziert. Der Weg zu den Bodenschätzen, die unter dem Nordpolarmeer, den riesigen Schelfgebieten und unter dem Grönland-Eis liegen, wird frei. Hier könnten Unternehmen gewaltige Rohstoffvorräte – vor allem Öl und Gas – ausbeuten. Und auf Grönland vermuten Geologen eine beeindruckende Vielfalt an wertvollen Rohstoffen: Neben Öl und Gas unter anderem Seltene Erden, Lithium, Graphit, Kupfer, Titan und Molybdän.

Das marine Ökosystem vor Grönland würde sich grundlegend ändern. So werden Kaltwasserspezialisten durch Spezies aus wärmeren Gefilden ersetzt. (Fische wie Kabeljau und Scholle kommen schon heute weiter nach Norden.) Ganze Lebensgemeinschaften werden ausgetauscht oder sterben aus – einzellige Algen bis zu Walen werden betroffen sein. Die indigene Bevölkerung wird sich gravierend verändern müssen. Landwirte könnten auch neues Terrain für sich erschließen. Auf Grönland könnten wieder Kartoffeln angebaut und Freiland-Erdbeeren herangezogen werden. Der Preis dafür wird allerdings hoch sein.

REM