Stabilität des Grönländischen Eisschilds: Wenn der Eisverlust unumkehrbar wird
Im Zuge der globalen Erwärmung ziehen sich Gletscher weltweit zurück. Auch der Grönländische Eisschild, der derzeit zweitmächtigste Eispanzer der Welt, verliert zunehmend an Masse. Sollte er dauerhaft verschwinden, so schließt sich die Frage an: Könnte er möglicherweise über Tausende von Jahren wieder anwachsen, wenn die globalen Temperaturen wieder auf das vorindustrielle Niveau sinken würden?
Um dies zu untersuchen, haben die Forschenden Malena Andernach, Marie-Luise Kapsch und Uwe Mikolajewicz vom Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) ein neuartiges, vollständig gekoppeltes Erdsystem-Eisschild-Modell genutzt. Das Modell bildet nicht nur die Dynamik des Grönländischen und Antarktischen Eisschilds ab, sondern berücksichtigt auch die Wechselwirkungen mit der Atmosphäre, dem Ozean, der Vegetation, der festen Erde, Eisbergen, sich ändernden Flussläufen sowie dem globalen Meeresspiegel. Auf dieser Grundlage simulierte das Team die Entwicklung des Grönländischen Eisschilds über bis zu hunderttausend Jahre hinweg, ausgehend von verschiedenen Anfangszuständen. Ziel war, zu untersuchen, welche Zustände des Grönländischen Eisschilds unter vorindustriellen Klimabedingungen langfristig stabil sind.
Vier stabile Zustände des Eisschilds
„Unsere Simulationen zeigen, dass der Grönländische Eisschild in einem Klima, das dem der vorindustriellen Zeit entspricht, vier unterschiedliche stabile Zustände einnehmen kann“, fasst Malena Andernach ein zentrales Ergebnis der Studie zusammen. Einer dieser Zustände entspricht dem vor Beginn der Industrialisierung mit einem Eisvolumen von etwa 2,9 Millionen Kubikkilometern. „Würde dieses Eis komplett schmelzen, entspräche das einem globalen Meeresspiegelanstieg von rund sieben Metern.“ Darüber hinaus erweisen sich jedoch auch deutlich kleinere Grönländische Eisschilde mit 50%, 30% oder 20% dieses Volumens als stabil.
Dass sich der Grönländische Eisschild ausgerechnet bei diesen Werten einpendelt, liegt an mehreren Rückkopplungsmechanismen. Besonders bedeutsam ist die Schmelz-Höhen-Rückkopplung (engl. melt-elevation feedback): Wenn der Eisschild schmilzt, sinkt seine Oberfläche in tiefere Lagen, wo es wärmer ist, was die Schmelze weiter verstärkt. Stabilisierend wirkt hingegen die isostatische Rückkopplung der festen Erde: Aufgrund des nachlassenden Gewichts des Eisschilds hebt sich der Untergrund, wodurch der Eisschild wieder größere Höhenlagen erreicht. Die kleineren Zustände sind unter anderem durch die Schmelz-Albedo-Rückkopplung bedingt, da der Verlust von Schnee- und Eisbedeckung eisfreie und damit dunklere Oberflächen freilegt, die mehr Sonnenstrahlung absorbieren und somit zur Temperaturerhöhung beitragen. Neben diesen Mechanismen spielen Veränderungen des Niederschlagsmusters, der atmosphärischen Zirkulation und der Ozeantemperatur eine Rolle. Viele dieser Prozesse wurden in einfacheren Modellen nur unzureichend berücksichtigt.
Die Simulationen zeigen, dass ein Übergang vom heutigen Zustand zum nächstkleineren unvermeidlich wird, sobald das Eisvolumen unter eine kritische Schwelle von 83–70% des vorindustriellen Wertes fällt – selbst dann, wenn man zur vorindustriellen Temperatur zurückkehren würde. Bei noch niedrigeren Eisvolumina gehen noch größere Teile des Eisschilds dauerhaft verloren. „Das zeigt, wie empfindlich der Grönländische Eisschild auf Klimaänderungen reagiert“, so Andernach.
Rückkopplungen mit dem Antarktischen Eisschild
Die Studie zeigt außerdem: Volumenänderungen des Grönländischen Eisschilds können über eine Erhöhung des Meeresspiegels dazu führen, dass auch der Antarktische Eisschild an Masse verliert. Dies wirkt wiederum auf den Grönländischen Eisschild zurück. Die Veränderungen im Volumen des Antarktischen Eisschilds beeinflussen der Studie zufolge zwar nicht den Endzustand des Grönländischen Eisschilds, wohl aber den Zeitpunkt von Übergängen zwischen dessen verschiedenen stabilen Zuständen. Als nächstes möchte das Team untersuchen, bei welchen globalen Temperaturen beziehungsweise atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentrationen diese Übergänge einsetzen würden.
Originalpublikation
Andernach, M., Kapsch, M.-L., and Mikolajewicz, U.: Stabilizing feedbacks allow for multiple states of the Greenland Ice Sheet in a fully coupled Earth System – Ice Sheet Model, The Cryosphere, 20, 1047–1069, https://doi.org/10.5194/tc-20-1047-2026, 2026.
Kontakt
Malena Andernach
Max-Planck-Institut für Meteorologie
malena.andernach@mpimet.mpg.de
Dr. Marie-Luise Kapsch
Max-Planck-Institut für Meteorologie
marie-luise.kapsch@mpimet.mpg.de
Uwe Mikolajewicz
Max-Planck-Institut für Meteorologie
uwe.mikolajewicz@mpimet.mpg.de