Am 14. Juni 2021 machen Polarforschende bei einem Erkundungsflug in der Arktis eine ungewöhnliche Entdeckung: Gefangen im weißen Packeis der Framstraße treibt ein Eisberg überzogen mit einer Schicht aus schwarzem Geröll und Felsgestein. Die Steine aus Quarz und Schiefer liegen so dicht nebeneinander, dass der Eisberg wie eine Insel anmutet. Woher aber kommen diese Steine? Und was passiert mit ihnen, wenn das Eis schmilzt? Ein interdisziplinäres Wissenschaftler:innen-Team übernimmt die Ermittlungen. Gemeinsam sammeln sie Beweise und identifizieren Zusammenhänge, die ihnen allein wohl entgangen wären. So decken sie auf, dass der Klimawandel in der Arktis bereits heute zu einem fatalen Dominoeffekt führt – angefangen bei den Gletschern Grönlands über das arktische Meereis bis tief hinab zu den Lebewesen in der Tiefsee. Eine Forschungsgeschichte in sieben Akten.
Prolog: Arktis, Framstraße – Ein Erkundungsflug mit Folgen
Das Wetter am Dienstag, den 14. Juni 2021, verspricht beste Flugbedingungen für den Polarstern-Bordhubschrauber. Die Sonne scheint über dem Packeis der westlichen Framstraße und lediglich ein paar Schleierwolken ziehen über den sonst oft nebelverhangenen Himmel. "Angesichts des Wetters war ich an diesem Tag wirklich guter Dinge. Die Hubschrauber-Crew würde gleich von ihrem Erkundungsflug zurückkommen und bestimmt eine große Eisscholle entdeckt haben, auf der wir später Schnee-, Eis- und Wasserproben für mein Projekt über die Verbreitung von Mikroplastik in der Arktis nehmen können", erzählt Dr. Melanie Bergmann, Polarforscherin vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Teilnehmerin der Arktis-Expedition des deutschen Forschungseisbrechers POLARSTERN im Juni 2021.
Abbildung 1: Der deutsche Forschungseisbrecher POLARSTERN besucht in der Regel einmal pro Jahr die Framstraße, das arktische Meeresgebiet zwischen der Insel Spitzbergen und der Ostküste Grönlands. Hier treiben Meereis und Eisberge aus der zentralen Arktis in den Nordatlantik, wo sie schmelzen. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Melanie Bergmann
Abbildung 2: Zwei Crew-Mitglieder lassen das Tiefsee-Kamerasystem OFOS an einem Kran hängend zu Wasser. Es wird für Fotoaufnahmen aus der Tiefsee bis kurz über den Meeresboden herabgelassen und anschließend vom Schiff geschleppt. Die Kamera ist dabei auf den Meeresboden gerichtet und filmt und fotografiert alles, was dort lebt. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath
Abbildung 3: Der Bordhubschrauber hat verschiedene Aufgaben. Auf der Forschungsfahrt zum Tiefseeobservatorium “Hausgarten” (Mai & Juni 2021) dient er den Wissenschaftler:innen vor allem als Transportmittel. Er fliegt die Forschenden zu Eisschollen, die sie beproben, um die Belastung des Meereises mit Mikroplastik zu bestimmen. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Esther Horvath
Das Schiff kreuzt zu diesem Zeitpunkt auf 78,6 Grad Nord vor der Ostküste Grönlands, nur wenige Seemeilen von der "Station Ostgrönland 4" des AWI-Tiefseeobservatoriums “Hausgarten” entfernt. In diesem Netzwerk aus 21 Langzeitstationen untersuchen Melanie Bergmann und die AWI-Tiefseegruppe seit mehr als zwei Jahrzehnten das Leben in der arktischen Tiefsee. An ausgewählten Stationen lassen sie unter anderem das Tiefsee-Kamerasystem OFOS zu Wasser und filmen und fotografieren alles, was ihnen in 2.500 Metern Tiefe am Meeresboden vor die Linse kommt. Auf dieser Expedition stellt Melanie Bergmann das Thema Tiefseetiere jedoch hinten an. Sie will sich auf Mikroplastik in der Arktis konzentrieren.
Was sie zu diesem Zeitpunkt nicht ahnen kann: Die Hubschrauber-Crew wird ihren Plan mit nur einem Satz zunichte machen und ein Forschungsprojekt ins Rollen bringen, das Melanie Bergmann und alle anderen Beteiligten fünf Jahre lang nicht mehr loslassen wird.
1. Akt, Polarstern-Expedition: Ein merkwürdig dunkler Fleck im Eis
"Wir haben eine Insel im Packeis entdeckt", scherzen die Hubschrauberpiloten nach ihrer Rückkehr auf das Schiff. Melanie Bergmann horcht sofort auf und fragt nach. Eine Insel? Na gut, vielleicht keine echte Insel, aber eine größere Fläche Eis, überzogen mit einer Schicht aus schwarzem Geröll und Felsgestein. "Mir war sofort klar, dass wir uns dieses Gebilde genauer anschauen müssen", erzählt die Meeresbiologin.
Video1: Video vom Anflug auf die geröllbedeckte Eisfläche. Video: Harold Jager
Geröll und Felsgestein spielen für das Leben in der Tiefsee eine zentrale Rolle. Vor allem auf dem Meeresboden fest verankerte Organismen wie Schwämme, Weichkorallen oder Anemonen brauchen Felsen oder Steine als festen Untersatz. Anderenfalls können sie sich dort nicht ansiedeln. Das heißt, wo Steine auf den sonst überwiegend schlammigen Weichboden in der Framstraße sinken, kann sich die Artenzusammensetzung maßgeblich verändern.
"Wir hatten in Aufnahmen aus den Vorjahren bereits erste Hinweise darauf gefunden, dass die Zahl oder Dichte der Steine am Boden der Framstraße zunimmt. Da wir aber keine Erklärung für dieses Phänomen hatten, sind wir dem erst mal nicht nachgegangen", erzählt die Wissenschaftlerin rückblickend. Große Eisflächen voller Geröll könnten jedoch erklären, wie die Steine in die Tiefsee gelangen.
2. Akt, Polarstern-Expedition: Ein Eisberg voller Steine
Acht Augen sehen mehr als zwei. Deshalb fliegt Melanie Bergmann nicht allein zur Geröllinsel. Mit ihr im Hubschrauber sitzen drei weitere Expeditionsteilnehmende, darunter ihre US-amerikanische Kollegin Dr. Kirstin Meyer-Kaiser. Die Biologin vom Meeresforschungsinstitut Woods Hole hat schon für ihre Doktorarbeit den Artenreichtum auf Steinen in der arktischen Tiefsee erforscht. Sie ist eine der wenigen Expertinnen weltweit für diese sogenannten "Dropstones" oder Steine, die sich von schmelzenden Eisbergen lösen und auf den Meeresboden sinken.
"Als wir auf dem Eis gelandet sind, hat es sich angefühlt, als wären wir auf einem anderen Planeten. Um uns herum sahen wir von Geröll bedeckte Hügel. Wir wussten auch nicht so richtig, ob wir auf einer großen Eisscholle standen oder auf einem Eisberg. Die Eisfläche war zwar deutlich größer als ein Fußballplatz. Genauer konnten wir es aber nicht bestimmen, weil sich die Ränder der Eisfläche im weißen Packeis kaum abzeichneten", erzählt Kirstin Meyer-Kaiser.
Abbildung 5: Als der Hubschrauber auf der geröllbedeckten Eisfläche landet, testet der Copilot erst, ob es für alle sicher ist, auszusteigen. Auf sein Zeichen hin, packen Melanie Bergmann und ihr Team ihre Probennahme-Box und beginnen mit der Arbeit. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann
Abbildung 6: Während Melanie Bergmann und Kirstin Meyer-Kaiser Geröll- und Schneeproben für die Mikroplastik-Analysen nehmen, übernimmt der Co-Pilot die Eisbärenwache. Tatzenspuren im Schnee verraten, dass vor Kurzem ein Bär über das Eis gestreift sein muss. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Mario Hoppmann
Abbildung 7: Mit Schneeproben in der Hand kehrt Meeresbiologin Melanie Bergmann zum Hubschrauber zurück. Ihre Kollegin Kirstin Meyer-Kaiser hat in der Zwischenzeit das Geröll fotografiert, einzelne Steine vermessen und Gesteinsproben gesammelt. Foto: WHOI / Kirstin Meyer-Kaiser
Während der Copilot auf dem höchsten Punkt nach Eisbären Ausschau hält, sammelt Kirstin Meyer-Kaiser Geröllproben ein, vermisst und fotografiert einzelne Steine. Einige sind schwarz, andere eher grau oder rötlich gefärbt. Auch die Größen variieren. Manche sind kaum größer als ein Kieselstein, auf andere passt die Bezeichnung "Felsbrocken". Die Steine bestehen aus Schiefer und Quarz, wie spätere Analysen zeigen werden.
Melanie Bergmann beprobt den Schnee, das Meerwasser und Eisalgen am Rand der Scholle. Meereisphysiker Mario Hoppmann nimmt Eisbohrkerne und fotografiert das Areal aus jeder Perspektive. Er kommt zudem auf die Idee, die gesamte Eis-Geröllfläche aus der Luft zu dokumentieren. "Wir haben im Abstand von fünf Metern kleine Steinhaufen errichtet. Wenn wir diese später auf den Luftaufnahmen wiederfinden würden, hätten wir einen Größenmaßstab, der uns erlaubt, die Größe der mit Geröll bedeckten Eisfläche zu berechnen", erzählt Kirstin Meyer-Kaiser. Die Idee geht auf. Die Berechnungen ergeben eine Geröllfläche von rund 1200 Quadratmetern.
Abbildung 9: Andere Steine messen nur wenige Zentimeter. Wenn sie auf den Meeresboden sinken, versinken sie in der schlammigen Oberschicht oder werden vergleichsweise schnell von herabrieselnden Kleinstpartikeln bedeckt, weshalb Kirstin Meyer-Kaiser sie auf den OFOS-Aufnahmen vom Meeresgrund der Framstraße nur vereinzelt sieht. Foto: WHOI / Kirstin Meyer-Kaiser
3. Akt, Videoanalysen: Steine, die von Eisbergen regnen
Zurück an Bord POLARSTERNs beginnt die Amerikanerin sofort, die nur wenige Tage zuvor aufgenommenen Tiefseefotos der Hausgarten-Expedition 2021 zu analysieren. "Ich war so aufgeregt, dass ich sofort die Größe und Dichte der Steine auf diesen Aufnahmen vermessen habe", erzählt Kirstin Meyer-Kaiser. Die Aufnahmen zeigen viele Steine, die allem Anschein nach erst seit Kurzem auf dem Meeresboden liegen. Ihre Oberfläche ist weder von einer feinen Schicht herabgesunkener Kleinstpartikel bedeckt, noch siedeln Würmer, Schwämme oder Anemonen darauf.
Leider erlauben die Aufnahmen aus 2021 keinen Vergleich mit den Aufnahmen aus den Vorjahren. "Das Kamerasystem wird an Polarsterns Längsseite zu Wasser gelassen und an dieser Station über eine Strecke von etwa 2.500 Metern geschleppt. Da die Eisbedingungen von Jahr zu Jahr unterschiedlich sind, können wir nicht immer ganz genau dieselbe Strecke fahren, was uns einen direkten Abgleich der gewonnenen Daten erschwert", erzählt Kirstin Meyer-Kaiser.
Abbildung 11: Ein nackter Felsstein liegt in 2.500 Metern Wassertiefe auf dem Meeresboden der Framstraße. Er ist vermutlich innerhalb der letzten zwei bis fünf Jahre in die Tiefe gesunken, weshalb er weder von einer Sedimentschicht bedeckt ist, noch von Organismen bewachsen. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Autun Purser, OFOS
Abbildung 12: Es dauert mehrere Jahrzehnte, bis sich wie auf diesem Stein Schwämme und andere festsitzende Tiefseebewohner angesiedelt haben. Deshalb gehen die Forschenden davon aus, dass dieser Stein vermutlich seit mehr als 30 Jahren auf dem Meeresboden liegt. Foto: Alfred-Wegener-Institut / OFOS
Abbildung 13: Die US-amerikanische Meeresbiologin Kirstin Meyer-Kaiser ist eine ausgewiesene Expertin für Felsgestein am Tiefseeboden. Die Entdeckung der Geröllinsel bot ihr die einmalige Gelegenheit, Größe und Gesteinsart zu bestimmen, bevor die ungewöhnliche Eisbergfracht in die Tiefe sinkt. Foto: David Rider
Wochen später soll sie jedoch fündig werden. Die OFOS-Aufnahmen aus den Jahren 2015 und 2017 stammen von genau derselben Route über den Meeresboden. "Wir sehen ganz eindeutig, dass im Jahr 2017 deutlich mehr Steine auf dem Meeresboden lagen als noch zwei Jahre zuvor. Das bedeutet, dass das Eis innerhalb von zwei Jahren deutlich mehr Steine von Land in die Framstraße transportiert hat, wodurch sich die Lebensbedingungen in der Tiefsee nachweislich verändern", berichtet Kirstin Meyer-Kaiser.
Auf die wichtigste Frage haben jedoch weder sie noch Melanie Bergmann eine Antwort: Woher kommen das Eis und die Steine?
4. Akt, Eisbeobachtungen auf POLARSTERN: Ein Datenschatz im Dornröschenschlaf
Melanie Bergmann weiß, wer ihr darauf eine Antwort liefern kann. Zurück auf dem Forschungseisbrecher, schreibt sie sofort eine E-Mail an ihren AWI-Kollegen Dr. Thomas Krumpen in Bremerhaven. Der Meereisphysiker hat ein Verfahren entwickelt, bei dem er mithilfe von Satellitendaten die Drift des Packeises durch den Arktischen Ozean zurückverfolgen kann. Könnte er dieses Verfahren auch für die Eis-Geröll-Insel anwenden?
“Auf den Fotos war schnell ersichtlich, dass es sich bei der vermeintlichen Insel um einen Eisberg handelte. Unsere neuseeländische Kollegin Deonie Castle konnte diese Annahme bestätigen, indem sie den Salzgehalt der vielen Eisproben bestimmte. Der Salzgehalt des Eisberg-Eises war deutlich geringer als der des angrenzenden Meereises. Die vermeintliche Insel war eindeutig ein arktischer Eisberg", erzählt Thomas Krumpen.
Diese Erkenntnis verkompliziert die Eisdrift-Rückverfolgung. "Mithilfe der Satellitendaten können wir nur das Packeis zurückverfolgen. Eisberge in der Framstraße treiben allerdings nur dann wie das Packeis, wenn sie im dichten Meereis feststecken und darin festgefroren sind. Wandern die Eisberge hingegen losgelöst vom Meereis, ist es fast unmöglich, ihre Route nachzuvollziehen, weil wir sie auf den Satellitenbildern nicht vom Meereis unterscheiden können", erläutert Thomas Krumpen.
Enttäuscht von den wenig zufriedenstellenden Ergebnissen seines ersten Rückverfolgungsversuches, beginnt der 47-Jährige nach Daten zu Eisbergmeldungen in der Framstraße zu suchen. Fündig wird er im AWI-Datenarchiv, denn Eisbergsichtungen gehören zu den Standard-Größen der Wetterbeobachtung auf dem Forschungseisbrecher POLARSTERN. "Seit der Inbetriebnahme des Eisbrechers im Jahr 1982 dokumentieren die Wetterbeobachter:innen bei jeder Polarstern-Expedition, ob sie auf ihren regelmäßigen Kontrollgängen Eisberge gesehen haben oder nicht. Das bedeutete, auch für die Framstraße musste es diese Daten für die zurückliegenden 40 Jahre geben", erzählt Thomas Krumpen.
Seine Vermutung bewahrheitet sich. Die Wetterbeobachtungen liegen vollständig und digitalisiert vor, und zwar seit dem ersten Kontrollgang am 28. Dezember 1982, um 6 Uhr morgens. Allerdings sind alle Beobachtungen verschlüsselt. Wer sie entziffern möchte, braucht die Code-Tabellen der Weltorganisation für Meteorologie, WMO. Und die hat am Alfred-Wegener-Institut eigentlich nur ein Mann in der Schublade. Die Rede ist von Dr. Holger Schmithüsen, dem wissenschaftlichen Koordinator der meteorologischen Beobachtungen auf dem Forschungseisbrecher POLARSTERN sowie an der Antarktis-Forschungsstation Neumayer III.
"Die Codierung der Wetterbeobachtungen macht Sinn, weil die WMO sicherstellen muss, dass die Wetterbeobachtungen überall auf der Welt einheitlich durchgeführt und dokumentiert werden. Für Fachleute sind diese Codes sehr verständlich und nachvollziehbar", erläutert der Meteorologe.
Die technische Anleitung zur Entschlüsselung der Wetterbeobachtungen umfasst mehr als 1.000 Seiten. In Tabelle 0439 ist aufgelistet, wie Eisbergsichtungen zu notieren sind. Die Antwortmöglichkeiten reichen auf einer Skala von 0 bis 9. Eine 0 bedeutet, dass kein Gletschereis gesehen wurde. Die 9 hingegen müssen die Wetterbeobachtenden notieren, wenn sie bei ihrem Rundgang über das Schiff mehr als 20 Eisberge unterschiedlicher Größe in Sichtweite gezählt haben.
Abbildung 18: Dr. Holger Schmithüsen ist Meteorologe und koordiniert am Alfred-Wegener-Institut die Wetterbeobachtungen an der deutschen Forschungsstation Neumayer III in der Antarktis sowie an Bord des Forschungseisbrechers POLARSTERN. Foto: Kerstin Rolfes
Abbildung 19: Die Weltorganisation für Meteorologie, WMO, hat genaue Regeln definiert, wie Eisbergsichtungen zu dokumentieren sind. Jede Beobachtung wird mithilfe einer Zahl vermerkt. Tabelle: Meereisportal auf Basis des Manual on Codes - Volume I.1, Annex II to the WMO Technical Regulations Part A – Alphanumeric Codes
Abbildung 20: Diese Karte der Framstraße und nördlich angrenzender Meeresgebiete zeigt in blau jene Schiffspositionen, an denen die Polarstern-Wetterbeobachtenden im Zeitraum von 1981 bis 2024 Eisberge, Growler oder Bergy Bits gesichtet haben. Die grauen Punkte zeigen Standorte ohne Eisbergsichtungen. Ein Teil der gesichteten Eisberge (rote Punkte) konnte mithilfe eines Driftmodells (weiße Trajektorien) zu ihren potenziellen Ursprungsgebieten (orangefarbene Kreise) zurückverfolgt werden. Diese Ursprungsgebiete sind zum einen der 79°-Nord-Gletscher (NG) und der Zachariae Isstrøm (ZI); zum anderne die Gletscher auf Severnaja Zemlja (SZ) und Franz-Josef-Land (FJL). Grafik: Alfred-Wegener-Institut / Thomas Krumpen
"Seit mehr als 40 Jahren sammeln wir bei Polarstern-Expeditionen Daten über Eisberg-Sichtungen. Thomas Krumpen war der erste Wissenschaftler, der danach gefragt hat. Deshalb hat es auch etwas gedauert, bis ich die Datensätze von fast 100 Expeditionen dechiffriert hatte und ihm zur Verfügung stellen konnte", erzählt der AWI-Chefmeteorologe.
Thomas Krumpen und Kirstin Meyer-Kaiser können ihr Glück wenig später kaum fassen: "Die Polarstern-Eisbergdaten haben sich als zweifacher Datenschatz erwiesen. Zum einen belegen sie, dass die Zahl der Eisberg-Sichtungen in der Framstraße ab dem Jahr 2000 sprunghaft angestiegen ist – von durchschnittlich 20 Eisberg-Sichtungen pro Jahr auf stellenweise mehr als 80. Wir sehen demzufolge eine deutliche Zunahme von Eisbergen in der Framstraße", erklärt der AWI-Meereisphysiker.
Zum anderen kann das Team 106 Eisberge identifizieren, die nicht nur bei ihrer Sichtung, sondern auch schon Wochen zuvor dicht im Packeis eingeschlossen waren. "Die Drift dieser Eisberge, oder genauer gesagt die Drift des gesamten Ensembles aus Eisbergen und Packeis, haben wir anschließend individuell zurückverfolgen können", sagt er.
Die Driftergebnisse zeigen, dass die Eisberge vornehmlich aus zwei Ursprungsregionen stammen. "Eisberge, die westlich des 5. Längengrades West gesehen wurden, stammen überwiegend aus dem Nordosten Grönlands. Dort münden der riesige 79°-Nord-Gletscher und sein Nachbar, der Gletscher Zachariae Isstrøm, in das Meer. Eisberge, die östlich des 5. Längengrades West trieben, konnten wir den Gletschern auf den russischen Arktisinseln Franz-Josef-Land und Severnaja Zemlja zuordnen. Beide liegen etwa 1.000 und 2.000 Kilometer vom “Hausgarten”-Observatorium in der Framstraße entfernt", erläutert Kirstin Meyer-Kaiser.
Die möglichen Herkunftsregionen der Eisberge zu kennen, ist ein wichtiger Etappensieg. Doch kommen diese Gletscher tatsächlich als Eisberg-Quelle in Frage? Und haben sich an ihren Abbruchkanten seit dem Jahr 2000 nachweislich mehr Eisberge gelöst?
5. Akt, Fakten aus der Glaziologie: Grönlands Gletscher rutschen immer schneller ins Meer
Um Antworten auf diese Folgefragen zu finden, brauchen Thomas Krumpen und Kirstin Meyer-Kaiser Hilfe. Sie kontaktieren Dr. Abbas Khan von der Technischen Universität Dänemark: Er gilt als ausgewiesener Experte für die Gletscher im Nordosten Grönlands. Der 53-Jährige Geodät und sein Team verfolgen seit rund 20 Jahren die Fließgeschwindigkeit und Eismassenverluste des 79°-Nord-Gletschers und des Zachariae Isstrøm mit Satellitendaten und einem Netzwerk aus GPS-Sensoren. Auf Messdaten aus den 1980er und 1990er-Jahren kann der Experte für Veränderungen der Erdoberfläche ebenfalls zurückgreifen. Vor Jahren schon hat er sie alle im Keller-Archiv der Technischen Universität herausgesucht und digitalisiert.
Video 2: Abbas Khan und sein Team von der Technischen Universität Dänemark reisen einmal pro Jahr in den Nordosten Grönlands, um die Daten ihres GPS-Sensor-Netzwerkes auszulesen. Dabei fliegen die Wissenschaftler:innen auch über den mehr als 30 Kilometer breiten Eisstrom des Zachariae Isstrøms, an dessen Kalbungsfront regelmäßig Tafeleisberge abbrechen, wie auf diesen Luftaufnahmen zu erkennen ist. Video: Technische Universität Dänemark / Abbas Khan
"Die zunehmenden Fließgeschwindigkeiten und Eisverluste des Zachariae-Gletschers seit dem Jahr 2003 passen exakt zu der wachsenden Zahl an Eisbergen und Steinen, die wir in den Polarstern-Daten sowie in den Videoaufnahmen aus der Tiefsee sehen", sagt Abbas Khan. Aus seiner Sicht spricht allerdings noch eine zweite Beobachtung dafür, dass der Geröll-Eisberg vor allem vom Zachariae-Gletscher stammt.
"Wir kennen aus Grönland zwei Typen von Eisbergen. Gletscher mit einer fünf bis zehn Kilometer schmalen Gletscherzunge kalben überwiegend Eisberge mit einer Länge von bis zu einem Kilometer. Diese stürzen beim Abbruch kopfüber ins Meer. Das heißt, sie drehen sich und schlagen dabei nicht selten mit einer solchen Wucht auf den Meeresboden auf, dass Erdbeben entstehen, die man selbst noch in Australien messen kann. Bei einem solchen Aufprall verliert der Eisberg alles Material, was möglicherweise auf seiner Oberfläche gelegen hat", erklärt Abbas Khan.
Dem Geröll-Eisberg ist ein solcher Überschlag erspart geblieben. Demzufolge muss es sich um den Eisbergtyp 2 handeln – einen sogenannten Tafeleisberg – wie man sie vor allem aus der Antarktis kennt. "An Gletschern mit breiter Eiszunge wie dem Zachariae Isstrøm und dem 79°-Nord-Gletscher beobachten wir immer wieder, dass sich so riesige Eisblöcke lösen, dass wir von Tafeleisbergen sprechen können. Diese Eisberge sind mehrere Kilometer lang und in der Regel bis zu 900 Meter dick. Wenn sie von der Gletscherzunge abbrechen, erfolgt das völlig unspektakulär. Sie treiben einfach davon - vergleichbar mit einem Schiff, das von der Kaimauer ablegt. Steine und Geröll auf der Gletscheroberfläche bleiben einfach auf dem Eis liegen", sagt Abbas Khan und fügt hinzu: "Das Geröll gerät bei Hangrutschungen auf das Eis. Die Gletscher schieben sich durch tiefe Täler. An den Berghängen links und rechts der Eiszunge kommt es dabei immer wieder zu Gerölllawinen, deren Material am Ende auf dem Gletscher liegen bleibt."
Video 3: Die Eiszunge des grönländischen Hellheim-Gletschers ist nur knapp fünf Kilometer breit. Wenn an seiner Abbruchkante Eisberge kalben, überschlagen sich diese in der Regel und lösen oftmals Erdbeben aus, weil sie mit so großer Wucht auf den Meeresboden prallen. Video: Nikolaj K. Larsen / Globe Institute, Universität Kopenhagen.
Die Gletscher auf den russischen Arktisinseln fließen ebenfalls seit der Jahrtausendwende schneller Richtung Meer, wie einzelne Studien belegen. Die Dicke der Eiszungen hat auch abgenommen. Aktuelle Messdaten zur Fließgeschwindigkeit, Gletscherlänge und den Eismassenverlusten gibt es jedoch kaum. "Es ist deshalb schwierig, den Anstieg der Eisbergzahlen in der östlichen Framstraße auf einen bestimmten Gletscher zurückzuführen", stellt Thomas Krumpen nach langer Literaturrecherche konsterniert fest.
Aufgeben aber zählt nicht, denn einen Ermittlungsansatz hat das Team bislang unversucht gelassen. Was wäre, wenn sich mit dem großen Eis-Ozean-Computermodell des Alfred-Wegener-Institutes zeigen ließe, dass Eisberge, die beispielsweise auf Franz-Josef-Land kalben, tatsächlich in die Framstraße wandern und dort schmelzen?
6. Akt, AWI Bremerhaven: Ein Computermodell lernt Eisberge zu transportieren
Die Frau für diese Fragen heißt Dr. Claudia Wekerle. Die 43-Jährige arbeitet als Ozeanmodelliererin in der Sektion "Physikalische Ozeanographie" am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven und kennt das AWI-Meereis-Ozean-Computermodell FESOM2 in- und auswendig. Sie erklärt sich sofort bereit, der Eisberg-Frage nachzugehen, auch wenn das heißt, Unmögliches möglich zu machen.
"Unser Computermodell besteht aus einem globalen Ozean- und einem Meereismodell. Es kann also Meereis- und Ozeanströmungen simulieren – für die Arktis sogar in einer hohen Auflösung von 4,5 Kilometern pro Gitterzelle. Was es bislang nicht konnte, war das Kalben, Wandern und Schmelzen einzelner Eisberge in der Arktis zu berechnen, sodass wir deren Driftroute über den Arktischen Ozean nachvollziehen können", erläutert die Ozeanmodelliererin.
Abbildung 22: Diese vereinfachte Darstellung des Ozeanmodells FESOM2 zeigt die dreieckförmigen Gitterzellen, in denen das Modell alle Wechselwirkungen zwischen Ozean und Eis berechnet. Zu erkennen ist außerdem, dass die Zellen im Nordatlantik und im Arktischen Ozean kleiner werden, wodurch die Modellauflösung steigt. In Regionen mit der höchsten Auflösung beträgt die Kantenlänge der Gitterzellen 4,5 Kilometer. Grafik: Alfred-Wegener-Institut / Dmitry Sein (Gitterzellenstruktur), Patrick Scholz (Visualisierung)
Für gute Ergebnisse braucht ein Computermodell bestmögliche Ausgangsdaten. In diesem Fall heißt das zunächst einmal genaue Angaben darüber, wie viele Eisberge die Gletscher im Nordosten Grönlands sowie in der russischen Arktis in den zurückliegenden 50 Jahren in den Arktischen Ozean entlassen haben und wie groß diese waren – und zwar nicht nur für ein Jahr, sondern für jedes Jahr. "Für Grönland existieren sehr ausführliche Eisberg-Analysen. Hier wissen wir für einige Gletscher die genaue Menge und Größenverteilung. Für die russischen Inseln aber fehlen diese jährlich aufgeschlüsselten Daten. Wir haben nach langer Suche lediglich einen brauchbaren Mittelwert gefunden, den wir als Jahreskonstante nutzen konnten. Deshalb haben wir am Ende sowohl für die Gletscher in Nordostgrönland als auch für die russischen Arktisinseln mit konstanten Kalbungsraten gearbeitet", sagt die Wissenschaftlerin.
Die Eiskonstanten müssen im nächsten Schritt auf einzelne Eisberge aufgeteilt werden. "Eisberge haben in unserer Modellwelt die Form eines einfachen Eiswürfels, der mal größer, mal kleiner ist. Mehr als 100 Stück haben wir davon pro Jahr auf die Reise geschickt – im Nordosten Grönlands genauso wie in der russischen Arktis. Für jeden der mehr als 5.000 Eisberge mussten wir dem Modell vorgeben, wo er gekalbt ist und wie groß er war", erläutert Claudia Wekerle.
Diese Vorgaben händisch einzugeben, würde Monate dauern. Deshalb bittet Claudia Wekerle ihren Kollegen Dr. Lars Ackermann um Hilfe. Der 36-jährige AWI-Klimamodellierer versteht es, kleine Formel-Skripte zu schreiben, mit denen die Eisberg-Kalbungsdaten für das Modell automatisch erzeugt werden. Als Paleo-Klimaforscher arbeitet Lars Ackermann normalerweise an Modellsimulationen über Zeiträume von Tausenden bis Zehntausenden Jahren. Ohne Skripte für Ausgangsdaten funktioniert da gar nichts.
Als das Modell mit allen Eisberg-Daten gefüttert ist, klicken die Wissenschaftler:innen auf den Startknopf. Zehn Tage benötigt der AWI-Supercomputer ALBEDO, um alle Ozean-, Meereis- und Eisbergdaten für 50 Jahre zu berechnen. Das Ergebnis ist ein mehrere Terabyte großes Datenkonvolut, aus dem Claudia Wekerle und Lars Ackermann die berechneten Positionsdaten für mehr als 5.000 Eisberge extrahieren müssen. "Am Anfang wies unser Modell kleine Fehler auf. So wanderten unsere Modell-Eisberge, die in sehr dichtem Packeis eingeschlossen waren, nicht mit dem Meereis. Lars hat dann den Modell-Code überarbeitet und alle Schwächen behoben", sagt Claudia Wekerle.
Nach mehreren Testläufen stimmt das Verhalten von Meereis und Eisbergen im Modell mit dem Grundlagenwissen über das natürliche Wechselspiel von Ozean und Eis überein. Die Positionsdaten der einzelnen Eisberge können extrahiert und ihre Wanderrouten nachgezeichnet werden. "Zu unserer großen Überraschung sehen wir auch in unserem Modell, dass ab dem Jahr 2000 mehr Eisberge durch die Framstaße treiben. Unsere Modelldaten passen demzufolge sehr gut zu den Beobachtungen", erzählt Claudia Wekerle begeistert.
Video 4: Dieses Video zeigt die Wanderung der Eisberge in der FESOM2-Modellwelt. Die Eisberge sind als kleine Punkte dargestellt, ihre jeweilige Wanderroute als dünne rote Linie. Video: Alfred-Wegener-Institut / Claudia Wekerle, Lars Ackerman
Abbildung 25: Zwei Hauptströmungen bewegen das Packeis in der Arktis: der Beaufortwirbel, eine Zirkulation im Uhrzeigersinn, und die Transpolardrift, welche Meereis von den flachen sibirischen Randmeeren des Arktischen Ozeans über die zentrale Arktis Richtung Framstraße trägt. Ihre Geschwindigkeit hat seit den 2000er-Jahren zugenommen. Grafik: Meereisportal.
"Wir haben uns dann gefragt, aus welchen Gründen wir mehr Eisberge in der Framstraße sehen und haben die Ozean- und Meereisdaten im Modell genauer analysiert. Unsere Modellergebnisse zeigen nicht nur, dass die angenommenen Wanderrouten der Eisberge korrekt sind. Sie belegen zudem, dass das Meereis einen erheblichen Beitrag zu der Eisberghäufung leistet. Das immer dünner und jünger werdende Meereis treibt schneller und beschleunigt somit auch die Wanderung jener Eisberge, die im Meereis eingeschlossen sind – eine Entwicklung, die Thomas Krumpen und Kolleg:innen ja auch in der Realität beobachtet haben", ergänzt Lars Ackermann.
Das große Finale: Eine lückenlose Beweiskette
Dass Modell- und Beobachtungsdaten so genau zueinander passen, ist auch in der modernen Klimaforschung eine Seltenheit. Sofort informieren die beiden Klimamodellierer den Rest des Teams. Mit den Eisberg-Routen aus dem Ozeanmodell fügen sich die vielen Einzelfakten endlich zu einer schlüssigen Beweiskette zusammen. Gemeinsam haben die Wissenschaftler:innen nicht nur das Rätsel des Geröll-Eisberges aus der Framstraße gelöst, sondern eine bislang unbekannte Folge des Klimawandels in der Arktis aufgedeckt.
"Wir können zeigen, dass infolge der Erderwärmung die Gletscher in Nordostgrönland und der russischen Arktisinseln schneller fließen und mehr Eisberge kalben, auch solche, die Geröll mit sich führen. Durch die beschleunigte Drift des Meereises verweilen gerade die Eisberge aus der russischen Arktis nicht mehr so lange in der zentralen Arktis. Stattdessen wandern sie schneller und in steigender Zahl Richtung Framstraße, wo sie langsam schmelzen und ihre mögliche Geröllfracht im Meer entladen", erklärt Thomas Krumpen. "Die Steine sinken zum Meeresboden und werden im Laufe von mehreren Jahrzehnten von Tiefseeorganismen wie Würmern, Schwämmen, Anemonen und Weichkorallen besiedelt, die bislang in der Framstraße nur wenig geeigneten Lebensraum gefunden haben. Das heißt, der Artenreichtum der Tiefsee verändert sich", führt Kirstin Meyer-Kaiser fort.
Bei aller Begeisterung für die lückenlose Beweisführung, stimmen die neuen Einsichten die Forschenden auch sorgenvoll. "Wir sehen einen Klima-Dominoeffekt von der Atmosphäre über die Gletscher und das Meereis bis in die arktische Tiefsee. Das heißt, die vom Menschen verursachte Erderhitzung zieht weite Kreise und verändert das Zusammenspiel von Atmosphäre, Eis und Ozean nachhaltig", sagt Melanie Bergmann.
Abbildung 27: Gemeinsam erfolgreich: Mit Spürsinn, Teamgeist und gegenseitigem Respekt ist es den Forschenden gelungen, die große Geschichte hinter den geröllbeladenen Eisbergen in der Framstraße aufzudecken. Beteiligt waren Thomas Krumpen, Kirstin Meyer-Kaiser, Abbas Khan, Melanie Bergmann, Autun Purser (obere Reihe v.l.) sowie Mario Hoppman, Claudia Wekerle, Lars Ackermann, Holger Schmithüsen und Deonie Castle (untere Reihe, v.l.). Fotos: Esther Horvath, Kerstin Rolfes, David Rider, privat
Nichtsdestotrotz sind alle Beteiligten stolz auf die geleistete Arbeit. "Die neue Studie ist eine der besten, an der ich bislang mitgearbeitet habe", sagt Abbas Khan. "Sie zeigt, welche Einsichten und Fortschritte möglich sind, wenn Fachleute aus Glaziologie, Biologie, Meereisphysik, Wetterbeobachtung und Klimamodellierung zusammenarbeiten und ihr jeweiliges Fachwissen einbringen. Ich selbst konnte nicht nur unglaublich viel Neues lernen, sondern habe jetzt auch eine viel genauere Vorstellung darüber, wie meine Gletscherforschung Fachleuten aus anderen Disziplinen helfen kann und wie ich von ihren Ergebnissen profitiere. Eine klare Win-Win-Situation."
Die Ergebnisse der fünfjährigen Forschungsarbeit sind jetzt als großer Fachartikel im englischsprachigen Wissenschaftsmagazin Nature erschienen:
Thomas Krumpen, Kirstin S. Meyer-Kaiser, Claudia Wekerle, Lars Ackermann, Deonie Castle, Melanie Bergmann, Mario Hoppmann, Shfaqat A. Khan, Autun Purser, Holger Schmithüsen, Amplified Arctic iceberg traffic reshpares benthic biodiversity, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10630-4.
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Dr. Kirstin Meyer-Kaiser (WHOI)
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Autorin
Sina Löschke (Science Writer)
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