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Arktische Kälte und globale Erwärmung

von Matthias Berg

 

Die Arktis erwärmt sich doppelt so stark wie der globale Durchschnitt, sie dient als Frühwarnsystem für den Klimawandel und spielt zudem eine wichtige Rolle im System der globalen Meeresströmungen. Auf Expeditionen in den hohen Norden wurden auch im Sommer 2010 teilweise deutliche Eisrückgänge wissenschaftlich und künstlerisch in vielfältigen Untersuchungen und Reiseberichten dokumentiert und damit jahrzehntelange Beobachtungen der Vergangenheit fortgeführt.

 

Abb. 1 - Anomalien der jährlichen Durchschnittstemeratur an der Bodenoberfläche der Arktis zwischen 60° und 90° Nord im Vergleich zum langjährigen Mittel der Jahre 1961-1990 (Messdaten aus Landstationen). Quelle: NOAA

Die Arktis als sensibles Frühwarnsystem: „Was wir heute erleben, werdet ihr morgen erleben“

Die globale Temperatur hat sich laut Weltklimarat IPCC seit 1900 um rund 0,7°C erhöht, wobei die Veränderungen regional sehr unterschiedlich ausfallen. Die Erwärmung der Arktis ist besonders stark und liegt in einzelnen Jahren bis zu 2°C über dem globalen Durchschnitt. Das Jahr 2007 war bislang das wärmste und setzte den generellen Trend einer arktisweiten Erwärmung seit Mitte der 1960er Jahre fort (Abb.1). Erhöhte Wassertemperaturen und der Treibhauseffekt führen zu einem starken Rückgang des arktischen Meereises, der sich besonders eindrucksvoll aus dem Vergleich von Satellitenbildern ablesen lässt. Auch wenn das Rekordminimum der Meereisbedeckung von 2007 in den letzten Jahren nicht mehr unterboten wurde, so ist den Forschungsergebnissen aus dem Jahr 2010 vom Alfred-Wegener-Institut und dem Hamburger Klimacampus nach im langfristigen Trend die Abnahme sogar noch stärker, als Modelle des Weltklimarates dies vorhersagten. "Die Abnahme hat sich beschleunigt", sagt Lars Kaleschke vom Hamburger Klimacampus der ZEIT. "Und das, obwohl die Sonneneinstrahlung aufgrund einer Verschiebung der Erdachse sogar leicht sinkt." Eine vom Klimacampus erstellte Animation zeigt mit Satellitenbildern die starke jährliche Eisdynamik in der Arktis und den gravierenden Rückgang des Meereises.

 

 

Im Januar 2011 veröffentlichten Forscher des Kieler Meeresforschungsinstitutes IFM-Geomar zusammen mit Kollegen aus dem In- und Ausland im Wissenschaftsmagazin "Science" die Forschungsergebnisse einer im Sommer 2010 durchgeführten Expedition, die durch die Auswertung eines Bohrkernes der Sedimentschicht vom Meeresboden in der Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen nachweisen, dass die Wassertemperatur in diesem Bereich in den letzten 100 Jahren um mehr als 2°C gegenüber den rekonstruierten Wassertemperaturen angestiegen sind. Diese Erwärmung des Atlantikwassers "hebt sich wesentlich von den Klimaschwankungen der vergangenen 2000 Jahre ab", so Dr. Robert Spielhagen, Forscher am IFM-Geomar. Im Sommer 2010 hatte Torben Klagge, Kieler Meeresforscher und Leiter der Expedition, direkt nach der Rückkehr vom Forschungsschiff seine unmittelbaren Eindrücke und erste Ergebnisse so zusammengefasst: „Das sensible System der Arktis kann alles andere als stabil genannt werden.“

 

Abb. 2 - Der Ostgrönlandstrom schiebt Packeis aus dem Polarmeer (oben) ca. 15 km pro Tag entlang der Ostküste Grönlands nach Süden. (Der rote Kasten markiert das Gebiet der Aufnahmen 1933 & 2006, s.u.) Foto: NASA, verändert
Abb. 3 - Durchschnittliche Ausdehnung des Poareises im Januar der Jahre 1979 bis 2010. Quelle: NSIDC

Damit aktualisierte er Aussagen von 2006, die unter dem Titel Warnsignale aus den Polarregionen die Arktis als „ein Gebiet höchster Empfindlichkeit mit weltweiter Wirkung“ ausweisen. Denn die Veränderungen laufen hier im globalen Vergleich deutlich schneller ab und verursachen gravierende Folgen für die lokalen Pflanzen und Tiere mit Auswirkungen auf die ganze Welt. Zu den Warnsignalen gehören u.a. eine starke Abnahme der Gletscher und ein Rückgang des Meereises. Diese Veränderungen haben bereits starken Einfluss auf die in der Arktis lebende Bevölkerung, von der eindringliche Warnungen ausgesprochen werden: „Was wir heute erleben, werdet ihr morgen erleben. Die Arktis ist das Barometer des Klimawandels, und die Inuit sind das Quecksilber in diesem Barometer“ - so Sheila Watt-Cloutier, Vorsitzende des Dachverbandes der „Inuit Circumpolar Conference“ und 2010 nominiert für den Friedensnobelpreis.

 

Komplex veränderliches Zusammenspiel: die Rückkopplungen und Überlagerungen

Die hohe Komplexität durch Wechselwirkungen bei Veränderungen ist beispielhaft beim arktischen Meereis zu erkennen, denn hier absorbiert die durch den Eisrückgang freigewordene Meeresfläche das Sonnenlicht und nimmt damit nun die Wärmestrahlung auf, die zuvor von dem hochgradig reflektierenden Eis zurückgeworfen wurde. Dies führt als sogenannte Eis-Albedo-Rückkopplung zu einer Beschleunigung des Eisrückganges und kann zudem als positive Rückkoppelung sich selbst verstärken und einen unumkehrbaren Prozess auslösen. Die arktische Meereisbedeckung zählt daher zu den Kipp-Elemente im Erdsystem.

 

Die nebenstehende Grafik zeigt den starken Abwärtstrend der Meereisbedeckung sehr deutlich, doch ebenso auch mehrjährige Schwankungen, die sich aus dem Zusammenspiel verschiedener sich überlagernder Prozesse und Wechselwirkungen ergeben. Besonders solche natürlichen Schwankungen werden von den „Klimaskeptikern“ weiterhin zum Anlass genommen, um die gesamte Diskussion über den Klimawandel in Frage zu stellen. Oftmals wird mit stark verkürzten Darstellungen argumentiert, die sich dann zumeist einfach entkräften lassen. Mit wissenschaftlich fundierten und unverkürzten Darstellungen langjähriger Forschungsergebnisse wendet sich beispielsweise fool me once gegen die Aussage von „Klimaskeptikern“, das arktische Meereis sei „just fine“.

 

Vielmehr hat sich noch verschärft, wovor in dem umfangreichen Report des Arctic Climate Impact Assessment gewarnt wurde: „Die Arktis ist extrem verwundbar und erfährt weltweit mit die schnellste und ernsthafteste Klimaänder­ung“, heisst es in der deutschen Zusammenfassung des Reports von Germanwatch).

Abb. 4 - Vergleich historischer Aufnahmen von Kap Bellevue, Dronning Louise Land, oben 1910 (Wegener), unten 1953 (British North Greenland expedition)

Gletscherschmelze in Grönland: ein Zusammenspiel von arktischem Wasser und Eis

Wissenschaftliche Messungen und Beobachtungen zum Eisrückgang in Grönland zeigen deutlich die sehr komplexen Wirkungen des Klimawandels, die aus dem Zusammenwirken von verschiedenen klein- und großräumigen Prozessen als Folge der Erderwärmung resultieren.

 

Nordostgrönland ist hier beispielhaft für die starke Beeinflussung durch Meeresströmungen. Die Region wird vom eisreichen Ostgrönlandstrom geprägt, der vom Polarmeer kommend durch die Framstraße und dann entlang der Küste nach Süden fließt und damit die Region erheblich abkühlt. Dazu übt ein monatelang über dem grönländischen Inlandeis festliegendes Kälte-Hochdruckgebiet einen starken Einfluss aus und führt zu sehr geringen Niederschlagswerten (z.T. nur 150-250 mm/Jahr), die denen von Wüsten entsprechen. Zwar wirken beide genannten Einflüsse grundsätzlich einer Gletscherveränderung stark entgegen, doch wurde auch hier bereits seit Jahrzehnten das Schmelzen von Gletschern gemessen.

 

Beobachtungen zum Gletscherrückgang auf historischen Arktisexpeditionen

Ein gutes Beispiel von historischen Beobachtungen zum Gletscherrückgang in Nordostgrönland ist ein 1958 durchgeführter Bildvergleich, bei dem eine von Alfred Wegener 1910 fotografierte Gletscherzunge erneut aufgenommen und die Bilder ausgewertet wurden (Abb. 4). Der Vergleich wies einen Rückgang der Gletscherfront um rund 90 Meter in nur 50 Jahren nach (LISTER, H. (1958): Glaciology (1-3). In: Hamilton, R.A. (Hrsg.): Venture to the arctic. Penguin Books Inc.)

 

Auf zahlreichen weiteren Expeditionen wird bereits in den 1950er Jahren ein Eisrückgang erkannt: „die meisten Grönlandfahrer können von Schneefahnen oder von kleinen Gletschern berichten, die nahezu verschwunden sind. [...] Nach 1920 gingen die Gletscher zurück und die Abschmelzung dauert immer noch an.“ (FRISTRUP, B. (1952): Die Klimaänderungen in der Arktis und ihre Bedeutung besonders für Grönland. In: Erdkunde VI, Heft 4)

 

Abb. 5 - Der Bildvergleich zeigt deutlich den Gletscherrückgang zwischen den Aufnahmen von 1933 und 2006.
Abb. 6 - Die Aufnahme von 2006 mit transparent darüber gelegter Aufnahme von 1933, deren Gletscherränder hervorgehoben wurden. Der Gletscherrückgang ist über Proportionsmessungen quantifiziert. Foto: Matthias Berg

Die Expeditionsleiterin Louise Boyd konnte in den 1930ern neben anderen Messungen auch durch direkte Beobachtung u.a. anhand der Lage der Gletscherränder zu den sie umgebenden Steinwällen einen Eisrückgang erkennen, denn sie beschreibt, dass sich die Gletscher von diesen sog. Moränen zurückgezogen hatten und „fast überall Zeichen eines Eisrückganges aufweisen“ („Nearly everywhere the glaciers showed signs of having receded“) (BOYD, L. A. (1935): The Fiord Regions of East Greenland. American Geographical Society. George Grady Press)

 

Warnungen aus der Arktis durch Bildvergleiche und künstlerische Beobachtungen

Die Expeditionen von Arved Fuchs auf seinem Segelschiff DAGMAR AAEN ermöglichen auch heute noch ähnlich unmittelbare Naturbeobachtungen wie auf den historischen Expeditionen. Das für die Eisfahrt verstärkte Segelschiff von 1931 kann durch die Ähnlichkeit in Größe und Bauart zu den früheren Expeditionsschiffen direkt auf den historischen Routen fahren. Dadurch konnten im Sommer 2006 die Aufnahmestandpunkte von Louise Boyd in Nordostgrönland aufgesucht werden (Abb. 5) und mittels Wiederholung einiger historischer Aufnahmen ein Abschmelzen von Gebirgsgletschern um bis zu 230 m Länge seit 1933 nachgewiesen werden (Abb. 6). Auch in dieser zivilisationsfernen Region zeigt das Schrumpfen der Gletscher eine Erwärmung und „kann andeuten, was durch unseren Ausstoß von Treibhausgasen und der damit zusammenhängenden Erderwärmung zu erwarten ist“ - wie in einer Beschreibung der „Bildersuche" resümiert wird.

 

Der Maler Rainer Ullrich und der Fotograf Torsten Heller zeigen in dem Expeditions-Tagebuch die faszinierenden Landschaften der grönländischen Ostküste  mit den bis zu mehreren hundert Meter langen, teilweise 30-50m hohen Eisbergen und den über hundert Kilometer vom Meereis des Ostgrönlandstromes bis zum Inlandeis führenden Fjorden. Deren Seitenwände ragen steil bis zu den 1500-2500m hohen Gipfeln des arktischen Gebirges auf. Die durch den Ostgrönlandstrom abgeschirmte Fjordregion beeindruckt den Expeditionsmaler durch ihre „Einsamkeit hinter dichtem Packeis“ - in der aber auch Auswirkungen des Klimawandels zu erkennen sind. Die unmittelbaren Eindrücke der Expedition lassen ihn appellieren: „die Überflussgesellschaft muss viel dafür tun, dass die polare Region der Klimaerwärmung standhält“. (ULLRICH, R. (2007): Grönland! Expeditions-Tagebuch. RvR Verlag).

 

Polarexpeditionen 2010: Die Arktis im Fokus von Wissenschaft und Kunst

Die Ergebnisse einer Expedition des Kieler Meeresforschungsinstitutes IFM-Geomar in die sibirische Arktis im Sommer 2010 zeigen, dass die Oberflächentemperatur im Untersuchungsraum durch verschiedene Faktoren bedingt kontinuierlich angestiegen und die Eisproduktion zurückgegangen ist. Dies lässt sich empirisch klar belegen, wenn auch in einem Bericht des IFM-Geomar betont wird, dass die Wissenschaftler „die komplizierten Mechanismen [der Meereisbedeckung] noch nicht vollkommen durchschaut haben“. Durch die Abnahme sowohl der Eisdicke als auch der Ausdehnung des Meereises wurden 2010 wieder Minimalwerte vergleichbar dem absoluten Minimalrekord im Jahr 2007 gemessen.

 

Abb. 7 - Eine schwimmende Messboje, mit der die Wissenschaftler das Wachsen und die Eigenschaften von dünnem, einjährigem Meereis untersuchen. Foto: Martin Varga

Dr. Dirk Notz, Meteorologe des Hamburger Max-Planck-Institutes, untersuchte im Winter 2009/10 zusammen mit Kollegen über Monate hinweg das Meereis am Überwinterungsplatz des Expeditionsschiffes DAGMAR AAEN. Sie konnten nachweisen, dass die Eisbildung in diesem Winter erst deutlich später als normal einsetzte. Dabei war es in Grönland zum Teil wärmer als in Deutschland. Neue Studien weisen darauf hin, dass Wetterlagen mit hohen Temperaturen in der Arktis und kühlen in Deutschland in Zukunft häufiger auftreten könnten, da „sich aufgrund des Rückgangs des Meereises in der Arktis im Winter immer häufiger stabile Hochdruckwetterlagen ausbilden können“, wie Dirk Notz im Blog des "Spektrum der Wissenschaft" schreibt.

 

Auch hier zeigt sich wieder ein enges Zusammenspiel verschiedener Naturprozesse, die besonders durch Wechselwirkungen, Überlagerungen oder auch gegenseitige Auflösung zum Teil nicht vorhersagbare Auswirkungen hervorrufen können und bei denen als eine wichtige Komponente die Meeresströmungen einen sehr starken Einfluss ausüben.

 

Unmittelbar „auf Tuchführung“ mit der arktischen Landschaft war im September 2010 auch wieder die neunte Cape Farewell-Expedition von Künstlern und Wissenschaftlern, die mit dem Segelschiff Noorderlicht rund um Spitzbergen fuhren. Einige Veränderungen in der Natur wurden direkt von Bord aus beobachtet und der Expeditionsleiter David Buckland berichtete im tagesaktuellen Blog während der Fahrt: „Der Gletscher, den wir vor zwei Jahren besuchten, war sichtbar geschmolzen.[...] Das ist ziemlich schockierend.“ („The glacier we had visited two years previously it visibly shrunk. [...] It's quite shocking!")

 

In einem Interview während der Expedition nördlich des 80. Breitenkreises mit Dr. Simon Boxall, einem Ozeanographen des Teams, wird u. a. auch der große Einfluss vom Rückgang des arktischen Eises auf die Meeresströmungen und damit die starken globalen Auswirkungen betont. Der Rückgang der Eisausdehnung durch die Erwärmung des Meerwassers zeigt deutlich die "dramatischen Veränderungen".

 

Abb. 8 - Mikrowellen-Messungen mit dem Special Sensor Microwave Imaging radiometer ergaben dieses Bild der Schmelz-Anomalie Grönlands. Die Färbungen zeigen die Differenzen zwischen der Anzahl der Schmelztage in 2007 im Vergleich zum langjährigen Mittel von 1988 to 2006. Quelle: NASA
Abb. 9 - Der Kangerdlugssuaq-Gletscher in Südostgrönland ging zwischen 1933 und 2006 um rund 10 Kilometer zurück, die Eisoberfläche sank um ca. 100 Meter ab. Quelle: UNEP

Neben wissenschaftlichen und künstlerischen Ergebnissen sind es auch sehr persönliche Erlebnisse, mit denen nach Lösungswegen aus der Klimakrise gesucht wird. So wird in den abschließenden Gedanken der Expedition geäußert, dass das Zusammenleben verschiedenster Menschen mit unterschiedlichen Meinungen und Hintergründen auf dem engen und klar abgegrenzten Raum eines Segelschiffes und mit begrenzten Ressourcen eine „perfekte Metapher darstellt für die Herausforderungen der Weltbevölkerung im Umgang mit Energie.“ („acts as the perfect metaphor for the planet’s population and energy issues.“)

 

Satellitenmessungen zeigen: die Gletscherschmelze unterscheidet sich regional stark

Eine Gesamtdarstellung der Abschmelzrate in Grönland verdeutlicht die starken regionalen Unterschiede: in Nordostgrönland wurde nur in einem schmalen Streifen eine Zunahme von etwa 8-10 Tagen pro Jahr festgestellt, an denen mehr schmilzt als zuwächst; in Südgrönland jedoch erhöhte sich dieser Zeitraum weitflächig um bis zu 30 Tage im Jahr 2007 im Vergleich zum Durchschnitt der Jahre 1988-2006 (Abb. 8). Den starken Anstieg der Abschmelzrate zwischen 1992 und 2007 belegen auch weitergehende Auswertungen der Copenhagen-Diagnosis, mit der führende Wissenschaftler den IPCC-Bericht aktualisierten.

 

Der Rückzug des Kangerdlugssuaq-Gletschers in Südostgrönland ist ein eindrucksvolles Beispiel für teilweise sehr schnelle Veränderungen mit einer Erhöhung der Fließgeschwindigkeit um bis zu 300%, welches sich gravierend auf den Inlandgletscher auswirkt (Abb. 9). Der erhöhte Eintrag von Gletschereis ins Meer durch verstärktes Kalben dieses vom Inlandeis kommenden sog. Auslassgletschers trägt zur Erhöhung des Meeresspiegels bei. Einer der wiederum vielfältigen Gründe für die dramatischen Veränderungen des Gletschers ist die Erhöhung der Wassertemperatur, da hier „warmes Wasser aus dem Nordatlantikstrom die Gletscherschmelze 'von unten' vorantreibt", wie Untersuchungen von Greenpeace im Sommer 2010 belegen. Der erhöhte Eintrag des Gletschereises verstärkt den Meeresspiegelanstieg.

 

Auch hier zeigt sich der starke Einfluss globaler Prozesse auf die lokalen Veränderungen wie der Gletscherschmelze in Grönland – und damit auch die hohe Bedeutung der Meeresströmungen.

 

Die einflussreiche Rolle der Arktis im globalen System der Meeresströmungen

Die Meeresströmungen üben einen entscheidenden Einfluss sowohl auf regionale Prozesse als auch auf das Weltklima aus und werden daher im World Ocean Report als „eine der entscheidenden Schubkräfte des Klimas“ bezeichnet. Dabei verursachen sie einerseits Veränderungen und werden andererseits auch selber durch Umwandlungsprozesse verändert. Eine der größten Antriebskräfte der Meeresströmungen entsteht durch die Abkühlung im Meeresgebiet zwischen Grönland und Nordnorwegen (Abb. 10). Die weiter oben erwähnte Expedition des IFM-Geomar führte in dieses Gebiet und untersuchte die Meeresströmungen im Zusammenwirken mit der Meereisbedeckung. In ihrem Bericht warnen die Wissenschaftler deutlich vor den Folgen einer Erwärmung des Nordatlantikstromes, denn diese kann „dramatische Folgen für die Eisbildung und Eisbedeckung im Artkischen Ozean haben.“

 

Abb. 10 - Die weiß abgetönten Flächen zeigen die durchschnittliche sommerliche Eisbedeckung, die weißen Pfeile markieren die Eisdrift. Die roten Pfeile zeigen den Transportweg für warmes Atlantikwasser in den Arktischen Ozean. Der gelbe Punkt markiert die Probenentnahmestelle für die aktuelle "Science"-Studie. Kartengrundlage: www.ibcao.org, Bearbeitung: R. Spielhagen, AdWMainz/IFM-GEOMAR

Eine Abnahme der Eisbedeckung hat wiederum über die erwähnte Eis-Albedo-Rückkopplung einen großen Einfluss auf das Weltklima und zudem ist das Meereis ein bedeutender Faktor in der thermohalinen Zirkulation, der Antriebskraft von Meeresströmungen durch Unterschiede in der Temperatur und im Salzgehalt, wie hier genauer beschrieben wird.

 

Sehr deutlich wird bei dem Zusammenwirken mit zum Teil selbstverstärkenden Rückkopplungen und zahlreichen Wechselwirkungen, wie enorm komplex diese „Umwälzpumpe“ ist und dass die Wassertemperatur durch die globale Klimaerwärmung keineswegs gleichmäßig erhöht wird, wie beispielsweise im Wissenschaftsmagazin Scinexx genauer beschrieben wird. Dabei spielt auch die sogenannte Nordatlantische Oszillation eine entscheidende Rolle, denn zum einen bestimmt die Lage und Stärke von Hoch- und Tiefdruckgebieten über dem Nordatlantik das Wettergeschehen der Nordhalbkugel, zum anderen ist der vom Hoch zum Tief strömende Wind eine der verschiedenen Antriebskräfte von Meeresströmungen und verändert diese sowie die Drift des Meereises entsprechend seiner Richtung, Stärke und der Dauer, mit der er weht.

 

Dem World Ocean Report nach werden in diesen hochkomplexen Wechselwirkungen verschiedener Einflussfaktoren heute zwar viele Prozesse noch nicht genau verstanden, doch besteht eindeutig die große Gefahr, dass der Rückgang des Meereises „den Klimawandel künftig noch verstärken kann.

 

Starke Veränderungen in der Arktis haben weltweite Wirkungen auf natürliche Systeme – und damit selbstverständlich auch auf die Gesellschaften. Zum Einfluss und den Auswirkungen des Klimawandels auf Natur und Gesellschaft in der Arktis erschien im Januar 2011 ein Themenheft der Bundeszentrale für politische Bildung, in der der weiter oben mit seiner Forschung in Grönland erwähnte Dr. Dirk Notz in seinem Beitrag detailliert den großen Einfluss der Meereisbildung in der Arktis auf die globale Ozeanzirkulation aufzeigt und verschiedene Beobachtungen und Forschungen so zusammenfasst: „Die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels sind in der Arktis schon heute direkt spürbar.“

 

Die mehrfach dargestellte hohe Komplexität vieler Naturprozesse führt zwangsläufig immer wieder zu Unsicherheiten oder auch teilweise zur Unverhersagbarkeit zukünftiger Entwicklungen. Doch dies darf keineswegs zu dem von "Klimaskeptikern" praktizierten Ignorieren oder Bagatellisieren führen.

 

Bei aller Unsicherheiten über die genauen Mechanismen und Auswirkungen des Klimawandels sind die seit Jahrzehnten besondes stark in der Arktis erkennbaren Veränderungen deutliche (Früh-)Warnungen der Natur!