Klimawandel zerstört UmweltarchiveGletscherforschern geht das Material aus
Wertvolle Eisbohrkerne sollen für die nächste Generation in einem künstlichen Archiv in der Antarktis gelagert werden. Nur: Das Eis für Bohrungen fehlt allmählich, wie Schweizer Forschende in den Alpen beobachten.
Die Überraschung war gross, als Margit Schwikowski und ihr Forschungsteam im September auf dem Gletschersattel des Grand Combin ins Eis bohrten. An drei verschiedenen Stellen wollten sie 80 Meter tief bis zum Felsuntergrund des Gletschers vordringen. Doch die Forschenden mussten die Übung bereits bei jeweils rund 17 Meter Tiefe abbrechen. Der Bohrer blieb hängen. «Es ist krass, wie schnell sich das Eis verändert hat», sagt Margit Schwikowski, Leiterin des Labors für Umweltchemie am Paul-Scherrer-Institut (PSI) in Villigen. Die Expeditionsleiterin und ihr Team gehören weltweit zu den Besten, wenn es darum geht, in grosser Höhe in Gletschereis zu bohren und dessen chemische Inhalte zu analysieren.
Vor zwei Jahren war am Grand Combin alles noch anders. Italienische Kollegen machten auf 4100 Meter über Meer eine kurze Probebohrung, um die Signatur des Eises zu prüfen. «Da sah alles noch gut aus», sagt Margit Schwikowski. Doch dann kamen zwei warme Sommer, die Nullgradgrenze verlief zeitweise weit über 4000 Meter. Das Eis begann sogar auf dieser Höhe an der Oberfläche zu schmelzen.
Das hat Konsequenzen: Das Schmelzwasser sickert bis in eine Tiefe, wo es kalt genug ist, um wieder zu gefrieren. Das ergibt Störungen im Aufbau des Gletschereises. Statt auf weichen Firn – alter Schnee aus graupelartigen Körnern, der erst in grösserer Tiefe unter Druck in Eis übergeht – stiessen die Wissenschaftler bereits nach einem halben Meter auf harte Eisschichten. Der Bohrer blieb schliesslich an der Kante eines dieser Eiseinschübe hängen. Das Gleiche passierte auch an den anderen Stellen.
Enorme Abschmelzprozesse
Es handelte sich nicht nur um lokal begrenzte Eislinsen, sondern ganze Schichten waren grossräumig von der Schmelze betroffen. Und es kam noch schlimmer: Der Bohrer konnte nur mithilfe von Frostschutzmittel befreit werden. Dabei stellten die Forscher sogar flüssiges Wasser in 20 Meter Tiefe fest.
Die Abschmelzprozesse waren enorm. Das zeigen auch die chemischen Analysen, die inzwischen vorliegen. Stoffe wie Sulfat oder Nitrat sind wegen der Schmelze nicht mehr messbar. Doch genau solche Substanzen sind für die Umweltchemiker wichtig. Sie dokumentieren, ob zum Beispiel Umweltschutzmassnahmen greifen oder Umweltberichte auch der Wahrheit entsprechen. «In manchen Staaten nimmt man es in dieser Hinsicht nicht immer so genau», sagt Schwikowski.
Nitrat etwa bildet sich in der Atmosphäre aus Stickoxiden, die Autos und Lastwagen in den Abgasen ausstossen. «Es ist zum Beispiel nach wie vor ein Rätsel, warum im Eis die Nitratkonzentration nicht sinkt, obwohl die gemessenen Stickoxid-Emissionen dank der Einführung des Katalysators seit Ende der 1980er-Jahre langsam abnehmen», sagt Margit Schwikowski.
Eisschichten sind wie Jahrringe
Gletschereis archiviert die Entwicklung der Zivilisation, die Luftqualität und die Klimaentwicklung. Was der Mensch an Schadstoffen Jahr für Jahr produziert, wird im Eis Schicht für Schicht dokumentiert. Die Aerosole in der Luft werden mit dem Niederschlag ausgewaschen und im Eis Jahr für Jahr eingelagert. Aus der Zusammensetzung des Eises selbst lässt sich indirekt über Sauerstoffisotope die vergangene Temperatur rekonstruieren. Was für die Bäume die Jahrringe sind, sind im Eis die Schichtungen.
In alpinen Gletschern lässt sich sehr genau datieren, wann zum Beispiel in der Schweiz bleifreies Benzin eingeführt wurde. Eiskerne, die Schwikowskis Team im sibirischen Altai-Gebirge gebohrt hat, zeigen die Geschichte der Bleiemissionen in den letzten 150 Jahren auf. Dank Eisanalysen des Illimani-Gletschers in den bolivianischen Anden – über 6000 Meter über Meer – konnten die PSI-Forscher die Geschichte des Kupferabbaus in den Minen der letzten 2700 Jahre erzählen.
Doch heute ist dieses Archiv durch den Klimawandel in Gefahr. Den Gletscherforschern geht buchstäblich allmählich das Eis aus. Das stellte kürzlich auch ein Team vom Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften fest. Die Forscher machten Eiskernbohrungen an der Weissseespitze im Tiroler Kaunertal. Dank den Radiokarbon-Datierungen des PSI stellten sie fest, dass die Gipfel der Ostalpen in den vergangenen 10’000 Jahren schon einmal eisfrei waren. Das könne mit der aktuellen Erderwärmung schon bald wieder passieren, heisst es in einer Medienmitteilung. «Wir haben Glück, überhaupt noch Bohrkerne entnehmen zu können. Die Zeit rennt uns davon», werden die Forscher zudem zitiert.
«Wirklich überraschend kommt die Erwärmung der Firngebiete nicht», sagt Michael Zemp, Leiter des World Glacier Monitoring Service. Jüngere Studien bestätigen frühere Beobachtungen: In den Firngebieten wird es immer wärmer. «Der Dickenverlust der Gletscher hat auch die hoch gelegenen Akkumulationsgebiete erfasst, wo eigentlich ein Dickenzuwachs stattfinden sollte», sagt Zemp. Dadurch gibt es keine Kompensation der Verluste im sogenannten Ablationsgebiet, wo der Gletscher grundsätzlich Eis verliert. (3-D-Grafik zum Eisverlust in der Jungfrau-Aletsch-Region)
Auch Margit Schwikowski stellt weltweit einen Eisverlust fest. Die Umweltchemikerin möchte schon lange in Afrika auf dem Kilimandscharo Eiskernbohrungen durchführen. Doch bisher gab es keine Bewilligung der Regierung Tansanias. «In den nächsten Jahren schmilzt uns dieses Archiv weg», sagt sie. Zudem gebe es zum Beispiel auf dem tibetischen Hochplateau Gletscher, die im Nährgebiet kein neues Eis mehr bilden. Für die Forscher ist es jedoch wichtig, dass aktuelle Eisschichten vorhanden sind. «Sie sind unser zeitlicher Startpunkt, um das Eis zu datieren», sagt die PSI-Forscherin. Wenn die obersten, jüngsten Schichten fehlen, lassen sich zudem die Eisanalysen nicht mehr mithilfe von aktuellen Luftmessdaten abgleichen.
Künstliches Eisarchiv in der Antarktis
Die Zeit drängt auch für das ambitionierte Projekt Ice Memory, an dem das Paul-Scherrer-Institut neben italienischen und französischen Einrichtungen beteiligt ist. Das Ziel dieser internationalen Initiative ist, gut zwanzig Bohrkerne aus aller Welt einzusammeln und diese in einem Eisarchiv in der Antarktis zu lagern. Der Standort ist bereits fixiert: Es ist die italienisch-französische Station Concordia.
«Die Idee ist, jeweils zwei Bohrkerne in ausgesuchten Weltregionen zu gewinnen; ein Kern wird dann eingelagert, um für zukünftige Generationen von Forschenden zur Verfügung zu stehen, der andere wird für die chemische Analyse verwendet», sagt Margit Schwikowski. Der Bohrkern des Grand Combin wäre der fünfte Eisbohrkern gewesen. In Zwischenlagern in Frankreich, der Schweiz und in Russland liegt bereits Eis vom Mont Blanc, vom Elbrus, vom Illimani in Bolivien und vom Belucha in Sibirien. In Planung sind Proben vom Kilimandscharo.
Der Grand Combin scheint nach den schlechten Erfahrungen kein Thema mehr zu sein. «Es gibt wohl nur noch einen valablen Gletscher in den Alpen, wo es noch kühl genug ist, der Sattel Colle Gnifetti auf 4500 Meter», sagt Margit Schwikowski.
Das Projekt Ice Memory lässt sich laut Margit Schwikowski nicht über die gängigen Forschungsgelder realisieren. Die Bohrungen machen die rund zwanzig beteiligten Wissenschaftler quasi in der Freizeit – jeweils verbunden mit anderen Forschungsprojekten. Dazu kommen politische Hindernisse wie etwa beim Kilimandscharo in Tansania. Im Januar soll nun die internationale Stiftung Ice Memory gegründet werden, bei der das PSI zu den sieben Gründungsmitgliedern gehört. Noch ist das Vorhaben rein europäisch. Das soll sich aber schon bald ändern. «Mit der Stiftung steht das Projekt finanziell auf besseren Füssen», sagt Margit Schwikowski.
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