Gletscherbewegung: Eisfluss und die Auswirkungen des Klimawandels verstehen

Gletscher, gewaltige Flüsse aus Eis, sind dynamische Merkmale unseres Planeten. Ihre Bewegung, bekannt als Eisfluss, ist ein komplexer Prozess, der von der Schwerkraft angetrieben und von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird, darunter Temperatur, Eisdicke und das darunter liegende Gelände. Das Verständnis der Gletscherbewegung ist nicht nur entscheidend, um die Vergangenheit der Erde zu entschlüsseln, sondern auch, um zukünftige Veränderungen in einer Welt vorherzusagen, die zunehmend vom Klimawandel betroffen ist. Von den hoch aufragenden Gletschern des Himalayas bis zu den riesigen Eisschilden der Antarktis und Grönlands spielen diese eisigen Riesen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des globalen Meeresspiegels, der Formung von Landschaften und der Beeinflussung von Ökosystemen. Dieser Artikel bietet einen umfassenden Überblick über die Gletscherbewegung, ihre verschiedenen Mechanismen und ihre untrennbare Verbindung zum Klimawandel.

Was sind Gletscher und warum sind sie wichtig?

Gletscher sind große, beständige Eiskörper, die sich an Land bilden und sich aufgrund ihres Eigengewichts bewegen. Sie kommen hauptsächlich in hochgelegenen Bergregionen (Alpengletscher) und Polarregionen (Eisschilde und Eiskappen) vor. Gletscher entstehen über lange Zeiträume durch die Ansammlung und Verdichtung von Schnee. Wenn sich Schnee ansammelt, verwandelt er sich in dichteren Firn und schließlich in Gletschereis.

Gletscher sind aus mehreren Gründen lebenswichtig:

• Wasserressourcen: Gletscher fungieren als natürliche Reservoirs, die Wasser in Form von Eis während kälterer Perioden speichern und es als Schmelzwasser während wärmerer Perioden freisetzen. Dieses Schmelzwasser ist eine entscheidende Quelle für Süßwasser für viele Gemeinden, insbesondere in ariden und semi-ariden Regionen. Die Flüsse Indus, Ganges und Brahmaputra in Asien sind beispielsweise stark vom Schmelzwasser der Himalaya-Gletscher abhängig.
• Regulierung des Meeresspiegels: Gletscher und Eisschilde halten einen erheblichen Teil des Süßwassers der Erde. Wenn Gletscher schmelzen, fließt dieses Wasser in die Ozeane und trägt zum Anstieg des Meeresspiegels bei. Das Schmelzen von Gletschern und Eisschilden ist weltweit ein Haupttreiber des Meeresspiegelanstiegs und bedroht Küstengemeinden und Ökosysteme.
• Landschaftsformung: Gletscher sind mächtige Akteure der Erosion, des Transports und der Ablagerung. Sie formen Landschaften, indem sie Täler aushöhlen, Seen schaffen und Sedimente ablagern. Die Fjorde Norwegens und Neuseelands sind beispielsweise klassische Beispiele für von Gletschertätigkeit geformte Landschaften.
• Unterstützung von Ökosystemen: Gletscherschmelzwasser unterstützt einzigartige Ökosysteme in flussabwärts gelegenen Gebieten. Diese Ökosysteme sind oft an das kalte, nährstoffreiche Wasser aus der Gletscherschmelze angepasst. Veränderungen in den Gletscherschmelzwassermustern können erhebliche Auswirkungen auf diese Ökosysteme haben.
• Klimaregulierung: Gletscher haben eine hohe Albedo, was bedeutet, dass sie einen großen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung zurück ins All reflektieren. Dies hilft, die Temperatur der Erde zu regulieren. Wenn Gletscher schrumpfen, nimmt die Albedo der Erde ab, was zu einer erhöhten Absorption von Sonnenstrahlung und weiterer Erwärmung führt.

Mechanismen der Gletscherbewegung

Die Gletscherbewegung, auch als Eisfluss bekannt, ist ein komplexer Prozess, der mehrere zusammenwirkende Mechanismen umfasst. Die primäre treibende Kraft hinter der Gletscherbewegung ist die Schwerkraft. Die spezifische Art und Weise, wie sich ein Gletscher bewegt, hängt jedoch von Faktoren wie Eistemperatur, -dicke und dem darunter liegenden Gelände ab.

1. Interne Verformung (Kriechen)

Die interne Verformung, auch als Kriechen bekannt, ist der primäre Bewegungsmechanismus in kälteren Gletschern. Gletschereis ist, obwohl es fest erscheint, tatsächlich eine viskose Flüssigkeit. Unter dem immensen Druck seines Eigengewichts verformen sich die Eiskristalle im Gletscher und gleiten aneinander vorbei. Dieser Prozess ähnelt der Verformung von Knetmasse unter Druck.

• Intrakristallines Gleiten: Dies beinhaltet die Bewegung einzelner Moleküle innerhalb der Eiskristalle.
• Interkristallines Gleiten: Dies beinhaltet das Gleiten von Eiskristallen an ihren Grenzen aneinander vorbei.

Die Rate der internen Verformung ist stark von der Temperatur abhängig. Wärmeres Eis ist verformbarer als kälteres Eis. Daher ist die interne Verformung bei temperierten Gletschern bedeutender als bei polaren Gletschern.

2. Basales Gleiten

Basales Gleiten tritt auf, wenn die Basis des Gletschers über das darunter liegende Grundgestein gleitet. Dieser Prozess wird durch das Vorhandensein von flüssigem Wasser an der Grenzfläche zwischen Eis und Fels erleichtert. Das Wasser kann erzeugt werden durch:

• Druckschmelzen: Der vom darüber liegenden Eis ausgeübte Druck kann den Schmelzpunkt von Eis senken, was dazu führt, dass es an der Basis des Gletschers schmilzt.
• Geothermische Wärme: Wärme aus dem Erdinneren kann Eis an der Basis des Gletschers schmelzen.
• Reibungswärme: Die Reibung, die durch die Bewegung des Gletschers über das Grundgestein entsteht, kann ebenfalls Eis schmelzen.
• Oberflächenschmelzwasser: Schmelzwasser von der Gletscheroberfläche kann durch Gletscherspalten und Mühlen (vertikale Schächte im Eis) nach unten sickern und die Basis erreichen.

Das Vorhandensein von Wasser an der Basis des Gletschers verringert die Reibung zwischen dem Eis und dem Grundgestein, wodurch der Gletscher leichter gleiten kann. Basales Gleiten ist ein dominierender Bewegungsmechanismus bei temperierten Gletschern.

3. Regelation

Regelation ist ein Prozess, bei dem Eis unter Druck schmilzt und wieder gefriert, wenn der Druck nachlässt. Wenn sich ein Gletscher über unebenes Grundgestein bewegt, erhöht sich der Druck auf der stromaufwärts gelegenen Seite eines Hindernisses, was zum Schmelzen des Eises führt. Das Schmelzwasser fließt dann um das Hindernis herum und gefriert auf der stromabwärts gelegenen Seite wieder, wo der Druck geringer ist. Dieser Prozess ermöglicht es dem Gletscher, um Hindernisse im Grundgestein herumzufließen.

4. Bettdeformation

In einigen Fällen besteht das darunter liegende Grundgestein aus verformbaren Sedimenten wie Till (unsortiertes Gletschersediment). Das Gewicht des Gletschers kann dazu führen, dass sich diese Sedimente verformen, wodurch der Gletscher leichter gleiten kann. Dieser Prozess wird als Bettdeformation bezeichnet und ist besonders wichtig bei Gletschern, die über weichen, unverfestigten Sedimenten liegen.

5. Surges

Einige Gletscher zeigen Perioden rapider Beschleunigung, die als Surges bekannt sind. Während eines Surges kann sich ein Gletscher mit Raten bewegen, die hunderte oder sogar tausende Male schneller sind als seine normale Rate. Surges werden oft durch die Ansammlung von Wasser an der Basis des Gletschers verursacht, was die Reibung verringert und es dem Gletscher ermöglicht, schnell über das Grundgestein zu gleiten. Surges können erhebliche Auswirkungen auf flussabwärts gelegene Gebiete haben, schnelle Landschaftsveränderungen verursachen und möglicherweise zu Überschwemmungen führen.

Arten von Gletschern und ihre Bewegungsmerkmale

Gletscher werden nach ihrer Größe, Lage und ihrem thermischen Regime in verschiedene Typen eingeteilt. Jeder Gletschertyp weist einzigartige Bewegungsmerkmale auf.

1. Alpengletscher

Alpengletscher finden sich in Bergregionen auf der ganzen Welt. Sie sind typischerweise kleiner als Eisschilde und Eiskappen, und ihre Bewegung wird stark von der Topographie des umgebenden Geländes beeinflusst. Alpengletscher sind oft auf Täler beschränkt und folgen dem Weg des geringsten Widerstands. Ihre Bewegung ist typischerweise eine Kombination aus interner Verformung und basalem Gleiten. Beispiele sind Gletscher im Himalaya, den Anden, den Alpen und den Rocky Mountains.

2. Eisschilde

Eisschilde sind riesige, kontinentale Gletscher, die große Landflächen bedecken. Die beiden größten Eisschilde der Erde sind der Antarktische Eisschild und der Grönländische Eisschild. Eisschilde bewegen sich durch eine Kombination aus interner Verformung und basalem Gleiten. Die Dynamik von Eisschilden ist jedoch aufgrund ihrer Größe und des Vorhandenseins großer subglazialer Seen und Drainagesysteme komplexer als die von Alpengletschern. Die Geschwindigkeit des Eisflusses in Eisschilden kann je nach Faktoren wie Eisdicke, Temperatur und der darunter liegenden Geologie erheblich variieren.

3. Eiskappen

Eiskappen sind kleiner als Eisschilde, bedecken aber dennoch eine beträchtliche Landfläche. Sie sind typischerweise kuppelförmig und fließen in alle Richtungen nach außen. Eiskappen finden sich in vielen Regionen der Welt, einschließlich Island, der kanadischen Arktis und Patagonien. Ihre Bewegung ähnelt der von Eisschilden, mit einer Kombination aus interner Verformung und basalem Gleiten.

4. Tidewater-Gletscher

Tidewater-Gletscher sind Gletscher, die im Ozean enden. Sie zeichnen sich durch ihre schnellen Fließgeschwindigkeiten und ihre Neigung zum Kalben von Eisbergen aus. Tidewater-Gletscher sind besonders empfindlich gegenüber Änderungen der Meerestemperatur und erleben in vielen Teilen der Welt einen schnellen Rückzug. Beispiele sind der Jakobshavn Isbræ in Grönland und der Columbia-Gletscher in Alaska.

5. Auslassgletscher

Auslassgletscher sind Gletscher, die Eis von Eisschilden oder Eiskappen abführen. Sie sind typischerweise schnell fließend und kanalisieren Eis in Richtung Ozean. Auslassgletscher spielen eine entscheidende Rolle in der gesamten Massenbilanz von Eisschilden und Eiskappen. Änderungen der Fließgeschwindigkeiten von Auslassgletschern können erhebliche Auswirkungen auf den Meeresspiegelanstieg haben.

Messung der Gletscherbewegung

Wissenschaftler verwenden eine Vielzahl von Techniken, um die Gletscherbewegung zu messen. Zu diesen Techniken gehören:

• Stangenmessungen: Hierbei werden Stangen auf die Gletscheroberfläche gesetzt und ihre Bewegung im Laufe der Zeit mit Vermessungsgeräten gemessen. Dies ist eine relativ einfache und kostengünstige Methode, liefert aber nur Informationen über die Oberflächengeschwindigkeit.
• Satellitenbilder: Satellitenbilder können verwendet werden, um die Bewegung von Gletschern über große Gebiete und über lange Zeiträume zu verfolgen. Techniken wie Feature-Tracking und interferometrisches Radar mit synthetischer Apertur (InSAR) können verwendet werden, um die Gletschergeschwindigkeit mit hoher Präzision zu messen.
• GPS: Global Positioning System (GPS)-Empfänger können auf der Gletscheroberfläche platziert werden, um ihre Bewegung mit hoher Genauigkeit zu verfolgen. GPS-Daten können verwendet werden, um sowohl die Oberflächengeschwindigkeit als auch die vertikale Verformung zu messen.
• Bodenradar (GPR): GPR kann verwendet werden, um die interne Struktur von Gletschern abzubilden und die Grenzfläche zwischen Eis und Grundgestein zu kartieren. Diese Informationen können genutzt werden, um die Prozesse zu verstehen, die die Gletscherbewegung steuern.
• Zeitrafferfotografie: Durch das Aufstellen von Kameras, die automatisch Fotos über einen bestimmten Zeitraum aufnehmen, können visuelle Veränderungen der Gletscherbewegung beobachtet werden, wie z. B. die Bildung von Gletscherspalten oder das Kalben von Eis.

Die Verbindung zwischen Gletscherbewegung und Klimawandel

Die Gletscherbewegung ist eng mit dem Klimawandel verbunden. Mit steigenden globalen Temperaturen schmelzen die Gletscher in einem beschleunigten Tempo. Dieses Schmelzen erhöht die Wassermenge an der Basis des Gletschers, was das basale Gleiten verstärken und die Gletscherbewegung beschleunigen kann. Darüber hinaus können steigende Temperaturen auch das Eis selbst schwächen, wodurch es anfälliger für interne Verformungen wird. Das Schmelzen der Gletscher ist ein Hauptverursacher des Meeresspiegelanstiegs und hat auch erhebliche Auswirkungen auf Wasserressourcen, Ökosysteme und die menschliche Bevölkerung.

Gletscherrückgang

Gletscherrückgang ist das Schrumpfen von Gletschern, weil das Schmelzen die Akkumulation übersteigt. Es ist ein weit verbreitetes Phänomen, das bei Gletschern auf der ganzen Welt beobachtet wird. Die Rate des Gletscherrückgangs hat sich in den letzten Jahrzehnten aufgrund des Klimawandels beschleunigt. Der Gletscherrückgang hat erhebliche Konsequenzen, darunter:

• Meeresspiegelanstieg: Das Schmelzen von Gletschern ist ein Hauptverursacher des Meeresspiegelanstiegs und bedroht Küstengemeinden und Ökosysteme.
• Wasserknappheit: Gletscherschmelzwasser ist eine entscheidende Süßwasserquelle für viele Gemeinden. Wenn Gletscher schrumpfen, sind diese Gemeinden dem Risiko von Wasserknappheit ausgesetzt.
• Erhöhtes Risiko von Gletscherseeausbrüchen (GLOFs): Der Gletscherrückgang kann zur Bildung von Gletscherseen führen, die oft instabil sind und zu Ausbruchsfluten neigen. GLOFs können weitreichende Zerstörungen und den Verlust von Menschenleben verursachen.
• Veränderungen in Ökosystemen: Gletscherschmelzwasser unterstützt einzigartige Ökosysteme. Veränderungen in den Gletscherschmelzwassermustern können erhebliche Auswirkungen auf diese Ökosysteme haben.

Gletschermassenbilanz

Die Gletschermassenbilanz ist die Differenz zwischen Akkumulation (die Zunahme von Schnee und Eis auf dem Gletscher) und Ablation (der Verlust von Schnee und Eis vom Gletscher). Eine positive Massenbilanz zeigt an, dass der Gletscher wächst, während eine negative Massenbilanz anzeigt, dass der Gletscher schrumpft. Der Klimawandel verursacht eine weit verbreitete negative Massenbilanz bei Gletschern auf der ganzen Welt. Die Überwachung der Gletschermassenbilanz ist entscheidend, um die Auswirkungen des Klimawandels auf Gletscher zu verstehen und zukünftige Veränderungen des Meeresspiegels und der Wasserressourcen vorherzusagen.

Fallstudien: Gletscherbewegung und Auswirkungen des Klimawandels weltweit

Die Auswirkungen des Klimawandels auf die Gletscherbewegung sind an zahlreichen Orten weltweit zu sehen:

1. Himalaya-Gletscher

Die Himalaya-Gletscher, oft als die „Wassertürme Asiens“ bezeichnet, sind eine entscheidende Süßwasserquelle für Millionen von Menschen in der Region. Diese Gletscher erleben jedoch aufgrund des Klimawandels einen schnellen Rückzug. Das Schmelzen der Himalaya-Gletscher bedroht die Wasserressourcen und erhöht das Risiko von GLOFs. Der Gletschersee Imja Tsho in Nepal beispielsweise hat sich in den letzten Jahren schnell ausgedehnt und stellt eine erhebliche Bedrohung für die flussabwärts gelegenen Gemeinden dar.

2. Grönländischer Eisschild

Der Grönländische Eisschild ist der zweitgrößte Eisschild der Erde und enthält genug Wasser, um den globalen Meeresspiegel um etwa 7 Meter anzuheben. Der Grönländische Eisschild erlebt aufgrund des Klimawandels eine beschleunigte Schmelze. Das Schmelzen des Grönländischen Eisschildes ist ein Hauptverursacher des Meeresspiegelanstiegs und beeinflusst auch Meeresströmungen und Ökosysteme im Nordatlantik. Der erhöhte Schmelzwasserabfluss verändert auch die Albedo des Eisschildes, was zu einer erhöhten Absorption von Sonnenstrahlung und weiterer Erwärmung führt.

3. Antarktischer Eisschild

Der Antarktische Eisschild ist der größte Eisschild der Erde und enthält genug Wasser, um den globalen Meeresspiegel um etwa 60 Meter anzuheben. Auch der Antarktische Eisschild schmilzt, obwohl die Schmelzrate in den verschiedenen Regionen erheblich variiert. Der Westantarktische Eisschild ist aufgrund seiner marinen Basis besonders anfällig für einen Kollaps. Der Zusammenbruch des Westantarktischen Eisschildes hätte katastrophale Folgen für den globalen Meeresspiegel.

4. Gletscher in den Anden

Die Gletscher in den Anden sind eine entscheidende Wasserquelle für viele Gemeinden in Südamerika. Diese Gletscher erleben aufgrund des Klimawandels einen schnellen Rückzug. Das Schmelzen der Andengletscher bedroht die Wasserressourcen und erhöht das Risiko von GLOFs. Die Quelccaya-Eiskappe in Peru beispielsweise ist eine der größten tropischen Eiskappen der Welt und schmilzt beschleunigt.

5. Europäische Alpen

Die Gletscher in den Europäischen Alpen sind ikonische Wahrzeichen und auch wichtig für den Tourismus und die Wasserressourcen. Diese Gletscher erleben aufgrund des Klimawandels einen schnellen Rückzug. Das Schmelzen der Alpengletscher bedroht die Wasserressourcen und verändert die Landschaft. Der Aletschgletscher in der Schweiz beispielsweise ist der größte Gletscher der Alpen und schrumpft erheblich.

Zukunftsprognosen und Minderungsstrategien

Klimamodelle prognostizieren, dass die Gletscher in Zukunft weiter schrumpfen werden, da die globalen Temperaturen weiter steigen. Das Ausmaß des zukünftigen Gletscherrückgangs wird von der Rate der Treibhausgasemissionen und der Wirksamkeit von Minderungsstrategien abhängen. Um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Gletscher zu mindern, ist es unerlässlich:

• Treibhausgasemissionen zu reduzieren: Dies ist der wichtigste Schritt, um den Klimawandel zu verlangsamen und die Rate der Gletscherschmelze zu reduzieren. Dies kann durch den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen, die Verbesserung der Energieeffizienz und die Reduzierung der Entwaldung erreicht werden.
• Sich an veränderte Wasserressourcen anzupassen: Gemeinden, die auf Gletscherschmelzwasser angewiesen sind, müssen sich an veränderte Wasserressourcen anpassen, indem sie alternative Wasserquellen erschließen, die Wasserwirtschaftspraktiken verbessern und in Wasserspartechnologien investieren.
• Gletscher zu überwachen: Die fortgesetzte Überwachung der Gletscher ist entscheidend, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen und zukünftige Veränderungen des Meeresspiegels und der Wasserressourcen vorherzusagen.
• Frühwarnsysteme für GLOFs zu implementieren: Frühwarnsysteme können dazu beitragen, das Risiko von GLOFs zu verringern, indem sie den flussabwärts gelegenen Gemeinden rechtzeitige Warnungen geben.
• Nachhaltigen Tourismus zu fördern: Der Tourismus kann erhebliche Auswirkungen auf Gletscher haben. Die Förderung nachhaltiger Tourismuspraktiken kann dazu beitragen, die Umweltauswirkungen des Tourismus zu minimieren.

Schlussfolgerung

Die Gletscherbewegung ist ein komplexer Prozess, der eng mit dem Klimawandel verbunden ist. Das Schmelzen der Gletscher ist ein Hauptverursacher des Meeresspiegelanstiegs und hat erhebliche Auswirkungen auf Wasserressourcen, Ökosysteme und die menschliche Bevölkerung. Das Verständnis der Gletscherbewegung ist entscheidend, um zukünftige Veränderungen in einer Welt vorherzusagen, die zunehmend vom Klimawandel betroffen ist. Durch die Reduzierung von Treibhausgasemissionen und die Umsetzung von Anpassungsstrategien können wir die Auswirkungen des Klimawandels auf die Gletscher mindern und die lebenswichtigen Ressourcen und Ökosysteme schützen, die sie unterstützen. Die Zukunft dieser eisigen Riesen und der von ihnen abhängigen Gemeinschaften hängt von unserem gemeinsamen Handeln ab, um die Klimakrise zu bewältigen.

Dieses Verständnis ist entscheidend für eine informierte Politikgestaltung, ein nachhaltiges Ressourcenmanagement und die Gewährleistung der Widerstandsfähigkeit von Gemeinschaften weltweit angesichts eines sich ändernden Klimas.