Der Eisschwund lässt Europa bibbern

Dirk Notz war im November 2009 auf die kleine Insel an der Westküste Grönlands gereist. Bei einem Feldexperiment wollte der Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg die Entstehung und das Wachstum von Meereis untersuchen. Als Basislager diente ihm und seiner Arbeitsgruppe dabei die „ Dagmar Aaen”, das legendäre Segelschiff des Abenteurers Arved Fuchs, das in der Nähe von Upernavik, der einzigen Siedlung der Insel, überwinterte.

„Wir hatten angenommen, dass das Schiff und die von uns ausgesetzte Messboje noch vor dem Jahreswechsel einfrieren”, erklärt Notz. „Die einheimischen Inuit hatten uns nämlich erzählt, dass der Ozean gewöhnlich im November zufriert und dann bis Juni gefroren bleibt.” Doch bei Temperaturen, die zum Teil mehr als acht Grad Celsius über dem langjährigen Mittel lagen, ließ das arktische Eis lange auf sich warten. „Teilweise war es in Grönland wärmer als in Deutschland. Im Januar regnete es manchmal tagelang”, berichtet der Wissenschaftler. „Erst im Februar bildete sich eine dünne Eisdecke, die aber schon Mitte Mai wieder geschmolzen war.” Den arktischen Winter hatte sich der Forscher aus Hamburg anders vorgestellt.

Bis nach Grönland hätte Dirk Notz für den erhofften Polarwinter nicht reisen müssen. Denn während in Upernavik bestes Hamburger „Schietwetter” herrschte, waren große Teile der Ostsee entlang der deutschen Küste in Eis erstarrt. Und sogar bis an die Elbe hatte es die Arktis verschlagen: Bei tagelangen Minustemperaturen bis 16 Grad unter Null konnten erstmals seit 1997 wieder Tausende Hansestädter auf einer komplett zugefrorenen Alster Schlittschuh laufen. Die Kältewelle ließ viele Menschen an Klimawandel und globaler Erwärmung zweifeln. Doch Wissenschaftler widersprechen: Was den Winter 2009/2010 in Mitteleuropa so kalt machte, scheint den globalen Erwärmungstrend sogar zu bestätigen.

Banger Blick auf den September

Die eisbedeckte Fläche im Nordpolarmeer schwankt im Rhythmus der Jahreszeiten. Im Sommer schmilzt ein Teil des Meereises ab und wird im darauffolgenden Winter neu gebildet. Die geringste Eisbedeckung gibt es alljährlich im September. Dieses „ September-Minimum” hat sich in den vergangenen Jahren zu dem Gradmesser schlechthin für die Befindlichkeit der Arktis gemausert. „Es ist beinahe schon Routine”, sagt Dirk Notz: „Jeden Sommer geht der Blick der Klimainteressierten auf die neuen Daten zur Meereisentwicklung – und immer wieder stellt sich die Frage, ob ein neues Rekordminimum erreicht wird.”

Dank spezieller Beobachtungssatelliten existiert seit Ende der 1970er-Jahre ein lückenloser Datensatz zur Eisbedeckung. Ein Blick auf die grafische Darstellung des September-Minimums (unten) zeigt eine zackige Kurve mit starken Schwankungen von Jahr zu Jahr. Langfristig aber weist der Trend klar nach unten: Die Eisbedeckung im September schrumpft um durchschnittlich 11 Prozent pro Jahrzehnt. Während Anfang der 1980er-Jahre typischerweise noch 7,5 Millionen Quadratkilometer des Nordpolarmeers eisbedeckt waren, lagen die Werte in den letzten Jahren bei nur etwa 5 Millionen Quadratkilometern. 2010 waren es 4,9 Millionen. Das bisherige Rekordminimum wurde im September 2007 erreicht, als das Eis drastisch bis auf 4,3 Millionen Quadratkilometer zurückging. Auch bei der maximalen Eisausdehnung, die meist im März auftritt und in den vergangenen Jahren im Schnitt bei etwa 15 Millionen Quadratkilometern lag, zeigt der Trend nach unten. Allerdings: Im Winter beträgt die Abnahme lediglich 2,5 Prozent pro Jahrzehnt. Die jahreszeitliche Schwankung der arktischen Eisbedeckung ist also deutlich stärker geworden.

Warme Arktis – kalter Kontinent

Und genau dieser Verlust vornehmlich an Sommereis soll schuld an der mitteleuropäischen Kältewelle im Winter 2009/2010 sein. Die US-amerikanische Ozeanographie- und Wetterbehörde NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) beschreibt in ihrem letzten Arktisbericht von Oktober 2010 das „Warme Arktis – Kalte Kontinente”-Muster. In einem normalen Jahr kreist laut NOAA über der Arktis ein riesiges Tiefdruckgebiet, an dessen Rändern starke Westwinde wehen. Diese Winde wirken wie eine Schranke, die die kalten polaren Luftmassen daran hindert, weiter südlichen Gefilden einen Besuch abzustatten. Im Winter 2009/2010 herrschte in der Arktis eine stabile Hochdruckwetterlage, die die Windverhältnisse auf den Kopf stellte. Resultat war das „Warme Arktis – Kalte Kontinente”-Muster: Die Westwindsperre wurde unterbrochen, und kalte Arktisluft konnte ungehindert nach Süden vordringen. Die Folge waren heftige Temperaturanomalien, die Dirk Notz auf Grönland einen Strich durch die Rechnung machten und die Eislauffans in Deutschland in die Handschuh-Hände klatschen ließen. In Nordamerika, Europa und Asien war es teilweise um zehn Grad kälter als sonst, während das Thermometer in der Arktis um bis zu zwölf Grad höher kletterte als gewöhnlich. Dieses Muster, so die Experten der NOAA, hat es in den letzten 160 Jahren nur dreimal gegeben. Doch was hat der hohe Luftdruck mit dem Meereis zu tun?

Auch dafür hat die NOAA eine einfache Erklärung. Das immer stärker schrumpfende Meereis im Sommer legt den dunklen Ozean darunter frei. Dadurch wird das Sonnenlicht nicht wie üblich von der hel-len Eisoberfläche reflektiert, sondern vom Ozean absorbiert – das Wasser heizt sich auf. Diese Wärme setzt der Arktische Ozean im Herbst wieder frei: Sie heizt die unteren Luftschichten der Atmosphäre auf. In der Folge verändert sich der Luftdruck, sodass eine Hochdruckwetterlage in der Arktis wahrscheinlicher wird – und damit auch ein „Warme Arktis – Kalte Kontinente”- Muster. Sollte die sommerliche Eisbedeckung in der Arktis weiter abnehmen – und davon gehen die meisten Experten aus –, dann werden laut NOAA kalte Winter in Zukunft deutlich häufiger auftreten.

Der letzte Winter scheint zu dieser Prognose zu passen: „Im Dezember 2010 war die arktische Oszillation – ein Indikator für die Verteilung des Luftdrucks auf der Nordhalbkugel – extrem negativ”, berichtet Dirk Notz. „Das führte dazu, dass arktische Luft auf direktem Weg nach Europa rutschen konnte.” Die Folge: Der Dezember war in Deutschland der kälteste seit 1969. Mit deutschlandweit minus 3,5 Grad Celsius lag die Durchschnittstemperatur 4,3 Grad unter dem langjährigen Mittelwert. Die Menschen in Großbritannien erlebten sogar den kältesten Dezember seit rund 100 Jahren. „Gleichzeitig hatten wir im Dezember in der Arktis die niedrigste Eisausdehnung für diesen Monat seit Beginn der Messungen und dazu überdurchschnittlich hohe Temperaturen”, sagt Notz. „Das könnte zwar alles Zufall sein” , meint der Hamburger Max-Planck-Forscher. „Doch grundsätzlich ist der Winter 2010/2011 völlig konsistent mit der These, dass eine geringere Ausdehnung des Meereises in der Arktis tendenziell zu kälteren Wintern in Europa führt.” Damit ist die Annahme zwar noch nicht bestätigt – aber Notz hält es für „absolut plausibel”, dass die arktischen Luftdruckverhältnisse von der Verteilung des Polareises abhängen und dadurch auch das Wetter Tausende Kilometer weiter im Süden beeinflussen.

Dreimal so vielE Eiswinter

Untermauert wird die Mutmaßung der US-Wissenschaftler auch von deutschen Forschern: Wissenschaftler am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung haben einen ganz ähnlichen Effekt in der Barents-Kara-See nördlich von Norwegen und Russland entdeckt. In einem Computermodell der Region simulierten sie einen schrittweisen Rückgang der Eisbedeckung bis auf nur noch ein Prozent der heutigen Ausdehnung. Wie im NOAA-Bericht dargestellt, erwärmten sich auch in der virtuellen Welt die unteren Luftschichten über dem eisfreien Ozean so stark, dass die üblichen Luftströmungen heftig gestört wurden. „Diese Störungen könnten die Wahrscheinlichkeit verdreifachen, dass in Europa und Nordasien extrem kalte Winter auftreten”, schließt der Hauptautor der Studie, Vladimir Petoukhov. „Wer denkt, das Schrumpfen der Eisfläche auf einem weit entfernten Meer müsse ihn nicht kümmern, der liegt falsch”, sagt der Physiker aus Potsdam. „Die These von Petoukhov wird inzwischen durch die Arbeiten anderer Wissenschaftler unterstützt”, unterstreicht Dirk Notz. Der Hamburger Klimaforscher warnt davor, häufigere Kältewellen in Europa als Indiz gegen den globalen Erwärmungstrend zu werten: „ Von einem vereisten Fußweg vor der Haustür kann man nicht darauf schließen, dass sich der Klimawandel verlangsamt.” Denn was in den Wintern 2009/2010 und 2010/2011 geschah, war eine bloße Umverteilung der Luftmassen: Warme Luft aus dem Süden schob sich in die Arktis, die polare Kälte rutschte im Gegenzug zu uns. Tatsächlich war das Jahr 2010 – gemittelt über den gesamten Globus – vermutlich zusammen mit 2005 das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeich-nungen vor 130 Jahren. Die USA und Osteuropa wurden von Rekordhitzewellen geplagt – eine Folge waren die verheerenden Waldbrände in Russland.

Die Ergebnisse der NOAA und des Potsdam-Instituts zeigen, dass auf den ersten Blick paradox anmutende Effekte wie das „Warme Arktis – Kalte Kontinente”-Muster voll im Einklang mit dem Bild der globalen Erwärmung stehen. Und während sich viele Menschen in Deutschland über eine Rückkehr der „richtigen” Winter mit Eis und Schnee freuen, stellen sich die Inuit auf Grönland bereits auf ein Ende der Eiszeit ein. Denn während im Norden die sommerliche Meereisbedeckung des Arktischen Ozeans schwindet, hat der Klimawandel den Süden der Rieseninsel am Polarkreis erfasst. „Wir können hier mittlerweile Kartoffeln anbauen und Freiland-Erdbeeren heranziehen”, sagt der Leiter der Landwirtschaftlichen Versuchsanstalt im grönländischen Upernaviarsuk, Anders Iversen.

Meerwasser als Heizstrahler

Der gleiche Effekt, der Europäern, Nordamerikanern und Asiaten in Zukunft wohl härtere Winter bescheren wird, hat in der Arktis selbst fatale Auswirkungen. Bisher hält die Rückstrahlkraft – die Albedo – des Sommereises die Temperaturen am Nordpol niedrig. Geht das Eis aber wegen der globalen Erwärmung zurück, wird das stark absorbierende Wasser freigelegt, das das Plus an nicht zurück ins All gestrahlter Sonnenenergie im Herbst als Wärme an die Atmosphäre abgibt. Die Folge: Es wird noch wärmer, und noch weniger Eis bildet sich – ein Effekt, der sich selbst verstärkt. Experten sprechen von der Eis-Albedo-Rückkopplung. „Dieser Effekt wirkt nur im Sommer, da die polaren Breiten in anderen Jahreszeiten zu wenig oder gar keine solare Einstrahlung erfahren” , erklärt Rüdiger Gerdes, Meereis-Experte am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. Daher kommt der sommerlichen Eisbedeckung eine so große Bedeutung zu: Sie ist der Hauptregulator für die Temperaturen am Nordpol. Bereits heute ist die Verstärkung der globalen Erwärmung durch die Eis-Albedo-Rückkopplung mess- und spürbar. Während sich die Temperatur im globalen Durchschnitt seit 1906 um etwas mehr als 0,7 Grad Celsius erhöht hat, ist der Anstieg in der Arktis mehr als doppelt so groß. Die Arktis ist und bleibt ein Frühwarnsystem des Planeten, weil sie am stärksten auf den Klimawandel reagiert.

Das Aufheizen der Arktis birgt eine Reihe von Gefahren. Zum Beispiel die fortschreitende Erwärmung der arktischen Permafrostböden, vor allem in Kanada, Alaska und Sibirien: Tauen diese mehr und mehr auf, werden im großen Stil darin enthaltene Treibhausgase wie CO2 oder das viel stärker aufs Klima wirkende Methan freigesetzt, was den Klimawandel noch anfeuern würde. Als besonders fatale Auswirkung der fiebrigen Arktis könnte sich das Abschmelzen des Grönländischen Eisschildes erweisen – eines über zwei Kilometer dicken Überbleibsels der letzten Eiszeit. Im Gegensatz zum schwimmenden Meereis, das so viel Wasser verdrängt, wie bei seinem Schmelzen entsteht, hätte der Totalverlust des auf Grönland lastenden Eispanzers einen Anstieg des globalen Meeresspiegels von katastrophalen sieben Metern zur Folge. Das würde langfristig das Ende vieler Küstenregionen bedeuten.

Grönlands Gletscher bröckeln

Gegenwärtig steigt der Pegel weltweit um etwa 3 Millimeter pro Jahr, wobei der Großteil durch die thermische Ausdehnung des Wassers in einem wärmeren Klima verursacht wird. Von den 3 Millimeter Anstieg gehen rund 0,7 Millimeter auf das Konto des schwindenden Eiskolosses auf Grönland. Doch der NOAA-Bericht meldet Erschreckendes. Demnach dauert im Sommer die Schmelzperiode des grönländischen Inlandeises nun einen ganzen Monat länger als früher. Und: Der Eisverlust durch kalbende Gletscher an Grönlands Küsten hat sich mehr als verdreifacht. Allein am Petermann-Gletscher im Nordwesten der Insel ist im August 2010 eine Fläche von der Größe Bremens abgebrochen. Wie stark sich der Verlust an Eismasse auf Grönland noch beschleunigen kann, wissen die Experten nicht.

Bis auf wenige Ausnahmen sind sich alle Experten einig, dass das Tauwetter rund um den Nordpol in erster Linie von den Menschen verursacht ist. „Auch ohne Satellitendaten können wir durch Schiffslogbücher von Walfängern und Fischern die Eisausdehnung vor dem Raumfahrtzeitalter rekonstruieren”, erklärt AWI-Fachmann Rüdiger Gerdes. Dank solch ungewöhnlicher Quellen wissen die Forscher heute, dass das arktische Eis zum Beispiel in den 1940er-Jahren bei Weitem keinen so starken Jahresgang hatte wie heute. „Ohne den anthropogenen Effekt durch Treibhausgase, also nur mit natürlichen Schwankungen, können wir nicht erklären, warum wir heute im Gegensatz zu früheren Jahren im September eine so extrem geringe Eisausdehnung haben”, sagt der Wissenschaftler aus Bremerhaven. „Früher war das Eis deutlich dicker, sodass viel Eis die sommerliche Schmelzperiode überstanden hat.”

„Wegen des dünnen Eises erwarten wir für die nächsten Jahre eine deutlich schlechtere Vorhersagbarkeit der Meereisveränderung von einem Jahr zum nächsten”, sagt Dirk Notz. Das September-Minimum, auf das alljährlich die Klimagemeinde gespannt wartet, hängt offenbar immer stärker von eher zufälligen Wetterverhältnissen ab. „Gegenwärtig ist das Wintereis so dünn und sensibel geworden, dass es sich im Sommer je nach der vorherrschenden Witterung einstellt”, erklärt der Hamburger. Doch über das Ende der Reise herrscht in der Expertengemeinde Konsens: Fast alle Klimamodelle sagen voraus, dass die Arktis bis spätestens zum Ende des 21. Jahrhunderts im September komplett eisfrei sein wird – wenn die Treibhausgas-Emissionen weiter so steigen wie bisher. „Das ist eine ziemlich sichere Aussage”, findet auch Dirk Notz. „Es gibt schon Arbeitsgruppen, die dazu eine bestimmte Jahreszahl angeben. Doch das ist in meinen Augen unseriös”, meint der Meteorologe. „Ob die Arktis nun 2030 oder erst 2060 im Sommer eisfrei ist, kann heute niemand ernsthaft prognostizieren.”

DER WEG ZURÜCK scheint möglich

Der Totalverlust des arktischen Sommereises scheint also nur eine Frage der Zeit zu sein. Einige Forscher setzen noch einen drauf und sprechen von einem „Point of no return”: Demnach gibt es einen kritischen Grenzwert, der – ist er erst einmal unterschritten – eine Erholung des Eises unmöglich macht. „In den Medien ist diese Theorie momentan sehr populär”, berichtet Notz. Und selbst die US-amerikanische Ozeanographie- und Wetterbehörde NOAA zieht den Schluss: „Eine Rückkehr zu den früheren Verhältnissen in der Arktis ist unwahrscheinlich.” Ist es also bald vorbei mit Eis im arktischen Sommer? Dirk Notz hat sich eingehend mit dieser Frage befasst: „Unsere Ergebnisse deuten stark darauf hin, dass ein ‚Point of no return‘ nicht existiert”, erklärt der Meteorologe. „Der Eis-Albedo-Rückkopplungsmechanismus ist bei Weitem nicht stark genug, um den Eisrückgang aufrechtzuerhalten.” Vielmehr gibt es natürliche Prozesse, die dem Rückgang sogar entgegenwirken. Wenn beispielsweise das September-Minimum sehr klein ausfällt, ist im folgenden Winter viel offenes Wasser in direktem Kontakt mit der kalten Atmosphäre. Dadurch kann das Wasser effektiv auskühlen und sich schnell neues Eis bilden. Bereits vorhandenes Eis wirkt dagegen wie eine Isolierschicht zwischen Ozean und Atmosphäre und verzögert die Abkühlung des Wassers. Außerdem kann das neu gebildete Eis sehr effektiv wachsen, weil darauf weit weniger isolierender Schnee liegt als auf mehrjährigem Eis. „Beide Effekte können bewirken, dass sich in Regionen mit offenem Wasser am Ende des Sommers dickeres Eis als dort bildet, wo Eis den Sommer überstanden hat”, sagt Dirk Notz.

„Alle unsere Modellrechnungen und theoretischen Überlegungen deuten darauf hin, dass das Meereis ein sehr stabiles System ist, das den gerade vorherrschenden Treibhausgas-Konzentrationen passiv folgt”, erklärt der Max-Planck-Meteorologe. Jede deutliche Reduktion der Treibhausgas-Emissionen würde also den Verlust des arktischen Meereises und die Erwärmung der Arktis rasch verlangsamen. ■

Nils Ehrenberg, Wissenschaftsjournalist in Bremen, verfolgt seit Jahren, wie das Wissen über den Klimawandel und seine Folgen wächst.

von Nils Ehrenberg