 Das Eis in der Arktis geht schneller zurück, als von den Klimamodellen vorhergesagt. Als Ursache wird die Ablagerung von Staub diskutiert, der von den Landflächen aufgewirbelt wird, die durch das Abschmelzen der Gletscher freigelegt werden. Vor allem an seinen Rändern kann das grönländische Eisschild wegen der Verschmutzung mehr Sonnenwärme „schlucken“ als eine saubere Oberfläche. Deutsche Forscher wollen dem Phänomen in Zusammenarbeit mit grönländischen und dänischen Stellen auf den Grund gehen. Der in das Projekt eingebundene Meteorologe Eckart Schultz erläutert das Vorhaben.
Ulrich Glauber: Worum geht es bei Ihrem Forschungsprojekt genau?
Eckart Schultz: Das Tempo des Abschmelzens des grönländischen Eisschilds ist deutlich höher als bisher angenommen. Prognosen über die künftige Entwicklung sind immer noch unsicher. Ein Grund ist möglicherweise, dass über den Einfluss des Staubes zu wenig bekannt ist, der von den zum Vorschein kommenden Landflächen aufgewirbelt wird. Dieser Staub wird in den Randzonen des Eisschildes abgelagert. Das Rückstrahlvermögen des Eises - oder auch der Albedo - wird dadurch stark herabgesetzt. Uns geht es mit den geplanten Untersuchungen in Grönland um ein besseres Verständnis dieser Temperatur-Albedo-Rückkopplung. Wir sind der Meinung, dass der Selbstverstärkungsprozess eine Erklärung für das unerwartet hohe Tempo des Abschmelzens der grönländischen Eiskappe ist.
Ulrich Glauber: Aber es gibt doch sicher schon Erkenntnisse über die Verschmutzung der Eisoberfläche.
Eckart Schultz: Die Ablagerungen aus fernen Bereichen auf Grönland sind bereits intensiv untersucht worden. So konnten eindeutig Staub und Russ durch Industrieemissionen, aber auch natürliche Staubemissionen zum Beispiel aus der Wüste Taklamakan in China nachgewiesen werden. Wenig berücksichtigt wurde bisher aber, dass auch auf Grönland selbst durch das Abschmelzen der Eiskappe zunehmend Staub entstehen kann. Aufgrund der geringen Niederschläge vor allem im Westen und Nordosten Grönlands sind die eisfreien Flächen im Sommer nach Abtauen der Schneeschicht einer starken Winderosion ausgesetzt. Dazu trägt auch bei, dass sich dort noch keine geschlossene Pflanzendecke entwickeln konnte. Diesem Aspekt wurde bisher anscheinend zu wenig Beachtung geschenkt.
Ulrich Glauber: Was ist Ihr Ansatz dabei?
Eckart Schultz: Die geplanten Untersuchungen auf Grönland gelten zunächst den räumlichen und zeitlichen Veränderungen der Entstehung, Ablagerung und Zusammensetzung des aufgewirbelten Staubes. Wichtig dabei ist auch das Verständnis der Transportwege des Staubes bis zu seiner Ablagerung auf dem Eisschild. Häufig weht der Wind am Boden zwar vom Eisschild her zum Meer. Wir erwarten aber, dass der Staub dennoch wieder aufs Eis gelangen kann. Eine Erklärung könnten kleinräumige Zirkulationssystem liefern, die in der Höhe eine entgegengesetzte Strömung aufweisen, so dass der am Boden aufgewirbelte Staub zurücktransportiert wird. Eine Untersuchung des Staubtransportes ist daher auch Gegenstand unseres Forschungsprojekts.
Ulrich Glauber: Geht es Ihrem Wissenschaftsteam ausschliesslich um die Bedeutung des Staubes für das beschleunigte Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland?
Eckart Schultz: Nein, unsere Messungen sollen auch einen Beitrag zu möglichen Auswirkungen der Eisschmelze auf Meeresströmungen wie dem Golfstrom liefern. Hintergrund dafür ist die vermutete Abnahme des Salzgehaltes des Meerwassers durch den verstärkten Süßwasserzufluss beim Abtauen der Eiskappen. Dadurch kann möglicherweise ein wichtiger Antrieb für den Golfstrom, die sogenannte thermohaline Pumpe, schwächer werden. Unsere Hypothese ist, dass der Meersalzgehalt der Luft die zu erwartende Abnahme des Salzgehalts im Meerwasser widerspiegelt.
Ulrich Glauber: Was bedeutet denn „thermohaline Pumpe“?
Eckart Schultz: Wenn Meerwasser in der Arktis zu Eis gefriert, steigt die Salzkonzentration des Wassers in der Umgebung des Eises, da das Salz beim Gefrieren quasi aus dem Eis herausgedrängt wird. Das salzhaltigere Wasser hat eine höhere Dichte, ist dadurch schwerer und sinkt ab. In der Tiefe fließt das Wasser dann durch die Frahmstraße ab – eine bis zu 2600 Meter tiefe Pforte zwischen Spitzbergen und Grönland. Dieser Strom kompensiert den Zufluss von warmem atlantischem Wasser an der Oberfläche durch den Golfstrom. Der Tiefenstrom durch die Frahmstraße bildet gleichzeitig einen wichtigen Teil des weltumspannenden Strömungssystems der Weltmeere. Ein weiter zunehmender Süßwasserzufluss durch die schmelzenden Eismassen kann deshalb unter anderem die Funktion des Golfstroms beeinträchtigen. Wir wollen herausbekommen, ob sich als Indiz für einen abnehmenden Salzgehalt des Meerwassers Veränderungen im Salzgehalt der Luft an Grönlands Küsten zeigen. Zum Vergleich können wir Daten einer Messreihe heranziehen, die wir zusammen mit der Universität Freiburg bereits seit 1991 im Rahmen eines biologischen Langzeit-Monitoring der Lemminge sammeln konnten.
Ulrich Glauber: Wie soll das Messnetz aussehen, das Sie für die Staubmessungen auf Grönland einrichten wollen?
Eckart Schultz: Wenn wir die nötigen finanziellen Mittel zusammenbekommen, wollen wir zwei Messnetze aufbauen. Ein Messnetz umfasst acht Küstenstationen, die mit Unterstützung des dänischen Wetterdienstes und der dänischen Umweltbehörde rund um Grönland eingerichtet werden sollen. An diesen Stationen steht die Bestimmung des Seesalzgehaltes der Luft im Vordergrund. Ein weiteres engmaschigeres Messnetz soll entlang des Söndre-Ström-Fjords in der Region Kangerlussuaq in West-Grönland aufgebaut werden. Damit wollen wir der Staubentwicklung und den Strömungsverhältnissen am Rand des Eisschildes genauer auf die Spur kommen. Das Grönland umspannende Messnetz soll auch dazu dienen, Besonderheiten des Standortes Kangerlussuaq zu beurteilen, die womöglich die Aussagekraft der Messungen für ganz Grönland einschränken. Bereits seit Juni 2008 betreiben wir eine Messstation bei Kangerlussuaq in Zusammenarbeit mit dem kalifornischen Stanford Research Institute. Auch der Deutsche Wetterdienst unterstützt diese Forschungsarbeit.
Ulrich Glauber: Aber ist es denn nicht schwierig, in einer so unwirtlichen Region ein Messnetz über einen mehrjährigen Zeitraum zu betreiben?
Eckart Schultz: Die Bedingungen, unter denen die Messungen durchgeführt werden müssen, stellen tatsächlich eine Herausforderung an die Messtechnik dar. Wir werden dafür überwiegend Geräte vom Typ Sigma-2 einsetzen, die beim Deutschen Wetterdienst für die Überprüfung die Luftqualität in Kurorten entwickelt wurden. Ein großer Vorteil dieser Geräte ist ihr einfacher Aufbau und der Umstand, dass sie keinen Strom brauchen. Diese Sigma-2 Passivsammler sammeln den sedimentierfähigen Staub in der Luft, der sich ohne Verwendung einer Pumpe im Inneren des Gerätes auf einer Haftfolie absetzt und anschließend lichtmikroskopisch und chemisch untersucht werden kann. Die Staubpartikel auf den Haftfolien können unter anderem mit einem Bildanalysesystem mikroskopisch ausgewertet werden. Dabei wird von jedem Staubpartikel die Größe, Form und Lichtdurchlässigkeit vermessen. Auf diese Weise können Mineralkörner, Rußpartikel und biologische Bestandteile wie Pollen unterschieden und ihre Größenverteilung ermittelt werden. In Verbindung mit der chemischen Zusammensetzung liefert die Grössenverteilung wichtige Informationen über Herkunft und Transport der Staubpartikel.
Ulrich Glauber: Haben Sie mit diesen Geräten schon Erfahrungen in so unwirtlichem Gelände wie in Grönland?
Eckart Schultz: Wir haben das Sigma bei Projekten in Südamerika benutzt. Seit 1991 setzen wir das Gerät auch in Grönland in Zusammenhang mit der Lemming-Forschung ein und haben dabei sehr positive Erfahrungen gemacht. Seit 2008 laufen außerdem gesonderte Messungen auch in West-Grönland. Die Ergebnisse zeigen, dass die Grobstaubkonzentration auf Grönland im Sommer höher liegen kann als in Mitteleuropa. Dies ist ein erster Hinweis darauf, dass zumindest im Sommer eine merkliche Staubbelastung gegeben ist, die zu einer Verschmutzung und damit zu einem schnelleren Abschmelzen der Eiskappe beitragen kann.
Zur Person:
Dr. Eckart Schultz (69) war bis Anfang 2006 beim Deutschen Wetterdienst als Referatsleiter im Bereich Medizin-Meteorologie des Deutschen Wetterdienstes in Freiburg im Breisgau tätig. Gemeinsam mit Privatdozent Dr. Stefan Norra vom Institut für Geographie und Geoökologie am Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) hat er seit 2008 das beschriebene Projekt vorbereitet.
Bild: Eckart Schultz während einer früheren Grönland-Reise (Zvg).
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