Schmelzwassersee spaltet grönländischen Eisschild

Auf dem 79°N-Gletscher, einer von drei Teilen des grönländischen Eisschildes, schwimmt seit den 1990er Jahren ein Schmelzwassersee mit. Dieser ist mittlerweile 21 km² groß. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Professor Holger Steeb vom Exzellenzcluster SimTech der Universität Stuttgart hat gemeinsam mit Partnern des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) und der TU Darmstadt untersucht, wie sich dieser See gebildet hat – und wie wiederholte, abrupte Drainagen über Jahre hinweg tiefe, dreieckige Risse, sogenannte Moulins, ins Eis schneiden. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift The Cryosphere veröffentlicht.

Neben der Auswertung von Satellitenbildern und Radardaten spielte die Modellierung eine Schlüsselrolle. Viskoelastische Modellierungen erlauben die komplexen Materialeigenschaften von Gletschereis – seine gleichzeitige zähflüssige (viskose) und elastische Natur – physikalisch korrekt nachzubilden.

„Die numerischen Modelle zeigen, wie sich die Drainagekanäle während und nach einem Entwässerungsereignis verformen“, erklärt Holger Steeb, Sprecher des Sonderforschungsbereichs 1313 „Grenzflächengetriebene Mehrfeld-Prozesse in Porösen Medien“. „Die Simulationen erklären, wie sich der Querschnitt eines Kanals unter dem Einfluss von Wasser- und Eisbewegung verändert, ob er sich über Wochen und Monate wieder schließt oder über Jahre hinweg offen bleibt und reaktiviert wird. Das Verhalten dieser Kanäle ist entscheidend für das Verständnis, wie schnell und in welchem Umfang Schmelzwasser vom Eisschild ins Meer gelangt.“

Die Modellierungen bilden damit die Brücke zwischen Beobachtungen aus dem All und direkten Messungen im Feld. Sie zeigen, warum manche Moulins jahrelang stabil bleiben, während andere schnell verschwinden. Außerdem lässt sich damit erklären, wie sie Spannungen und Dehnungen im Eis auf die Bildung von Rissen auswirken. Und wie die Risse den Transport von Schmelzwasser an die Gletscherbasis beschleunigen.

Seit der ersten Beobachtung des supraglazialen Sees im Jahr 1995 gab es insgesamt sieben Drainageereignisse – vier davon allein in den letzten fünf Jahren. Besonders seit 2019 treten neuartige, großflächige dreieckige Bruchfelder auf. Diese Moulins haben Öffnungen von mehreren Dutzend Metern und leiten binnen Stunden riesige Wassermengen an die Basis des Eisschildes.

„Das viskoelastische Materialverhalten von Gletschereis ist zentral für diese Prozesse“, so Holger Steeb. „Die elastische Komponente ermöglicht das Entstehen der Risse, während die viskose Komponente dafür sorgt, dass sich Kanäle mit der Zeit wieder schließen – oder in den Folgejahren unter bestimmten Bedingungen erneut öffnen. Genau dieses Wechselspiel konnten wir mit den numerischen Simulationen nachvollziehen.“

Die neuen Erkenntnisse sind nicht nur für die Glaziologie von Bedeutung, sondern auch für Klimaforschung, Küstenschutz und politische Entscheidungen. Indem die Prozesse der Rissbildung und Entwässerung in Eisschild-Modelle integriert werden, lassen sich zukünftige Schmelzwassermengen und deren Einfluss auf den globalen Meeresspiegelanstieg präziser abschätzen. Das ist eine wichtige Grundlage, um Risiken für Küstenregionen weltweit zu bewerten, Schutzmaßnahmen zu planen und die Folgen des Klimawandels besser einzugrenzen.

Die Studie entstand in Zusammenarbeit zwischen dem Exzellenzcluster SimTech und dem Institut für Mechanik (Bauwesen) der Universität Stuttgart, dem Alfred-Wegener-Institut, der TU Darmstadt und weiteren internationalen Partnern.

Originalpublikation:
Humbert, A., Steeb, H., et al. (2025): Insights into supraglacial lake drainage dynamics: triangular fracture formation, reactivation and long-lasting englacial features. The Cryosphere. https://doi.org/10.5194/tc-19-3009-2025