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Klimawandel: Luftbilder als Zeugen der Vergangenheit

Wird die Gletscherkappe Grönlands bald verschwinden? Alte Fotografien und Zeichnungen aus den 1930er Jahren helfen den Wissenschaftlern bei der Vorhersage.
Geologe und Piloten in Polarkluftmode der 1930er vor ihrem FlugzeugLaden...

Anders Bjørk könnte dem Gemälde einer Arktis-Expedition des 19. Jahrhunderts entstiegen sein: ein großer, athletischer Naturbursche, der von Grönlands Wildfjorden und Gletschern fasziniert ist, seit er hier als Student die Touristen herumführte. Noch immer kommt er jeden Sommer und untersucht den Rückgang der Eisdecke – doch nicht immer reist er dabei mit dem Flugzeug. So segelte er im Jahr 2014 auf einem dreimastigen, hölzernen Segelschoner aus den 1930ern nach Grönland und folgte dabei der Route früher dänischer Forscher.

Dann, an einem schönen Frühlingstag, startete er eine wesentlich sicherere Erkundungstour, diesmal ins dänische Nationalarchiv in Kopenhagen. Dort sichtete er unzählige vergilbte Seiten mit Angaben über das tägliche Wetter und die Meerestemperaturen, die dänische Pfarrer und Dorfvorsteher vor vielen Jahrzehnten an der ganzen Küste Grönlands notiert hatten.

"Es macht mir großen Spaß, über alten Karten und Dokumenten zu brüten; das ist doch genauso spannend wie Feldstudien", sagt Bjørk. Vor zehn Jahren stolperte er erstmals über zehntausende Luftaufnahmen Grönlands aus den 1930er Jahren, die vergessen in einer Festung aus dem 17. Jahrhundert außerhalb Kopenhagens lagerten; seitdem unternimmt er abwechselnd Ausflüge in die Archive und Expeditionen zu fernen Gletschern.

Bjørk und seine Kollegen des dänischen Naturkundemuseums in Kopenhagen sind Polarhistoriker. Sie durchkämmen alte Aufnahmen und dokumentieren, wie sich Grönlands Eisdecke und Gletscher seit dem 19. Jahrhundert verändert haben. Für Klimaforscher sind das äußerst wichtige Informationen, die bei der Vorhersage zukünftiger Veränderungen helfen könnten.

Nachdem die Temperatur in der Arktis schneller steigt als anderswo auf der Erde, verliert Grönland jedes Jahr etwa 200 Milliarden Tonnen Eis, und der Meeresspiegel auf der ganzen Welt steigt an, laut einigen Prognosen sogar um 30 Zentimeter bis zum Ende dieses Jahrhunderts. Würde das gesamte Eis Grönlands schmelzen – was in den nächsten paar Jahrhunderten durchaus denkbar ist –, dann würde der Meeresspiegel um mehr als sechs Meter ansteigen, genug, um große Küstenstädte wie New York oder Miami zu überschwemmen.

All diese Vorhersagen sind natürlich nur sehr grob und unsicher, nicht zuletzt weil den Wissenschaftlern wesentliche Informationen über Grönlands Vergangenheit fehlen und Satellitendaten erst seit 40 Jahren vorliegen. Deshalb machte sich Bjørk mit seinen Kollegen nun daran, 180 000 Fotografien und Aufzeichnungen zu durchforsten, um daran die Verschiebung der Gletscher während der Kalt- und Warmphasen der jüngsten Vergangenheit zu untersuchen. Laut ersten Erkenntnissen reagierte Grönland wesentlich stärker auf die letzten Klimaveränderungen als noch vor Kurzem angenommen. Die Forscher versuchen nun zu entschlüsseln, welche Faktoren der Ozeane, der Atmosphäre und im Inneren der Gletscher das Verhalten der Eismassen beeinflussen.

Für einige seiner Kollegen ist Bjørk ein ganz besonderer Forscher, weil in ihm das Herz eines Seefahrers mit einem starken Sinn für Details und die Kreativität eines Wissenschaftlers vereint sind. Die Studien seines Teams spielen in der Gletscherforschung eine Schlüsselrolle, meint auch die Gletscherforscherin Beata Csatho von der University of Buffalo in New York. "Das Sammeln historischer Daten macht derzeit wahrscheinlich mehr Sinn als die Installation eines weiteren Satelliten, der nur noch mehr der üblichen Daten liefert", meint sie. "Seine Arbeiten sind keine kleinen Schritte, sondern ein riesiger Sprung für die Wissenschaft."

Unglaubliche Abenteuer – einfach episch

Bjørks Faszination für die Arktisforschung reicht bis in seine Kindheit zurück. Wie viele Dänen lernte er schon in jungen Jahren segeln und begab sich über die Jahre hinweg auf eine Reihe immer erstaunlicherer Reisen, bei denen sich immer wieder Wissenschaft und Abenteuer mischten. Bei seiner extremsten Expedition im Jahr 2011 segelte er mit einer kleinen Crew Gleichgesinnter zwei Monate lang durch den stürmischen Südatlantik. Svante Björck von der Universität Lund in Schweden, Experte für die Geologie des Quartärs, hatte einen Zweimaster gechartert, um von den Falklandinseln nach Tristan da Cunha zu segeln, zu der abgelegensten bewohnten Insel der Welt. Während des 13-tägigen Trips verbrachte Bjørk mehrere Nächte im Sturm, an Deck an einen Mast gebunden, und half dem Kapitän beim Steuern des Schiffs durch die riesigen Wellen. "Es war beängstigend. So etwas hatte ich noch nie erlebt", erzählt er. Die Rückfahrt nach Uruguay dauerte dann 33 Tage und ging gegen ständige ungünstige Passatwinde. Doch all die gesammelten Klimadaten und das unvergessliche Abenteuer waren in seinen Augen die Strapazen wert.

Der Mittivakkat Gletscher

Der Mittivakkat Gletscher 1933. Der Mittivakkat Gletscher 2010.

Der Tunu Gletscher

Der Tunu Gletscher 1933. Der Tunu Gletscher 2010.

Keld Milthers/Natural History Museum of Denmark; Niels Jákup Korsgaard/Natural History Museum of Denmark

Verschwindendes Eis

Dänische Forscher der Universitäten Kopenhagen und Aarhus haben 2010 Gletscher in Ostgrönland aus den gleichen Perspektiven aufgenommen, die auch Fotografen in den 1930er Jahren gewählt hatten. Beim Vergleich der Aufnahmen (bewegen Sie dazu bitte den Schieber im Bild) wird deutlich, wie sehr die Gletscher infolge der globalen Erwärmung geschrumpft sind.

Bjørk ist Sohn zweier Lehrer. Er wuchs in Svendborg auf, einer kleinen Hafenstadt im südlichen Dänemark mit einer langen Seefahrertradition. Wild darauf, die Welt zu erkunden, studierte er Geografie und wurde dabei von Grönland verzaubert, das seit dem frühen 19. Jahrhundert Teil des dänischen Königreichs ist. In seiner Zeit als studentische Hilfskraft bei dem Quartärgeologen Kurt Kjær am Naturkundemuseum von Dänemark lernte Bjørk, die klassische Geologie und die Geografie der Ära der Expeditionen mit modernen Hightech-Daten zusammenzubringen.

Sein Interesse an historischen Aufzeichnungen wurde geweckt, als er vor zehn Jahren erstmals von einem Speicher voller Luftbilder Grönlands hörte, die von Kartierungsexpeditionen der 1930er Jahre stammen sollten. Schließlich fand er heraus, dass die ehemals als geheim eingestuften Bilder in einer baufälligen Zitadelle außerhalb der Stadt weggeschlossen waren. Bjørk erkannte die einmalige wissenschaftliche Gelegenheit. Doch es würde Jahre dauern, die vielen Boxen mit Tausenden lichtempfindlicher Negative zu durchforsten und herauszufinden, welche von ihnen hilfreich sein könnten.

© Nature Video
Gletscher aus alter Zeit
Die Erde erwärmt sich, und Grönland schmilzt. Das wird den Meeresspiegel sicher steigen lassen. Wie schnell aber aus den Grönlandgletschern Meerwasser wird, ist schwer vorherzusagen. Anders Bjørk und seine Kollegen versuchen aus dem Vergleich mit alten Luftbildern aus den 1930er Jahren abzuleiten, wie sehr sich Grönland in den letzten 80 Jahren verändert hat – und was die Zukunft noch bringen mag.

Andernorts fand er Bilder, die zwischen 1940 und 1970 bei einer dänisch-amerikanischen Kooperation zur Vermessung Grönlands aus der Luft aufgenommen worden waren, sowie solche von dänischen Kartierungsexpeditionen aus der Zeit zwischen 1978 und 1987. Auf diese Weise hat Bjørk inzwischen eine Sammlung von 180 000 Luftbildern zusammengetragen. Sein besonderes Interesse liegt aber auf den Bildern aus den 1930er Jahren, weil sie eine Warmperiode mit Ähnlichkeiten zur heutigen Zeit dokumentieren. Die damals von dem Forscher Knud Rasmussen geleiteten Expeditionen waren auch durch territoriale Auseinandersetzungen mit Norwegen getrieben. Der Rechtsstreit um Grönland wurde 1933 vom internationalen Gerichtshof von Den Haag zu Gunsten Dänemarks entschieden. Doch die damalige Crew war sich dem wissenschaftlichen Potenzial ihrer Arbeit bewusst. "Die Momentaufnahmen aus der Luft und die Fotografien vom Boden zeigen den aktuellen Zustand der Gletscher an der gesamten Küste und haben für sich genommen schon einen großen Wert für zukünftige Wissenschaftler", schrieb der dänische Kapitän Carl Gabel-Jørgensen 1935 in einem Bericht.

"Die Männer waren echte Profis. Auch ohne GPS und Präzisionswerkzeuge sammelten sie Daten von unglaublicher Qualität", sagt der Gletscherforscher Eric Rignot von der University of California in Irvine, in dessen Gruppe Bjørk ab Herbst als Postdoc arbeiten wird.

Die Bildersammlung aus den 1930er Jahren enthält zehntausende überlappende Luftfotografien, die mit einer rotierenden Kamera aus einem offenen Wasserflugzeug aus 4000 Meter Höhe aufgenommen wurden. Bjørk und seine Kollegen werteten diese Bilder zusammen mit jüngeren Luftaufnahmen und Satellitenbildern aus und konnten zeigen, wie 132 Gletscher in Südostgrönland über einen Zeitraum von 80 Jahren schrumpften und wuchsen. Wie sie dabei feststellten, waren die Gletscher während der beiden Warmperioden stark zurückgewichen – noch mehr Eis als damals verloren viele von ihnen aber während der Rekordtemperaturen in den letzten Jahrzehnten.

Nicht alle Gletscher haben gleichermaßen auf die Erwärmung reagiert. Niedrig gelegene Gletscher waren stärker betroffen als solche in höheren Lagen, und die im Meer endenden Gletscher scheinen auf die heutigen Temperaturerhöhungen anfälliger zu reagieren als die auf Land endenden. Besorgt fragen sich die Wissenschaftler nun, wie schnell die Eismassen wohl schrumpfen, wenn sie auf den sich rasch erwärmenden Ozean treffen – vielleicht einer der Schlüsselfaktoren bei der Gletscherschmelze in Grönland.

Die Anzeichen sind alarmierend. Hunderte von Auslassgletschern verlieren beim Abschmelzen der Eisdecke deutlich mehr Masse, als sie durch Schneefall wieder dazugewinnen können. Jakobshavn, einer der größten Gletscher Grönlands, bewegt sich schneller als alle anderen und ist das Paradebeispiel für eine fragile Eisdecke; so mancher Experte befürchtet schon einen fatalen Wendepunkt, wenn die Lufttemperatur weiter steigt und die Gletscher noch dünner werden.

GrönlandLaden...
Grönland

Die Auswertung der alten Bilder zeigt wieder einmal, dass der Rückzug der Gletscher viel langwieriger und ausgeprägter ist als die typischen Schwankungen während des letzten Jahrhunderts. "Anhand dieser Art von Langzeitbetrachtung können wir erkennen, dass die aktuellen, raschen Veränderungen eindeutig mehr als nur ein Rauschen sind", erklärt Csatho. Sie hat Satellitendaten und Luftbilder ausgewertet und rekonstruiert, wie sich die Oberfläche der Grönlandeisdecke an fast 100 000 Standorten zwischen 1993 und 2012 verändert hat.

Wiederentdeckte Schätze

Bjørks Arbeit am Arctic Institute in Kopenhagen ist deutlich beschaulicher als seine Reisen nach Grönland, aber nicht weniger lohnend. Das Archiv besitzt wertvolle Dokumente und Erinnerungsstücke von Dänemarks Grönlandexpeditionen, die Teil des kulturellen Erbes des nordischen Königreichs sind. Bjørk strahlt verzückt wie ein Kunstliebhaber, als er eine Karte des gewaltigen Jakobshavn ausbreitet, die der dänische Forscher Hinrich Rink im Jahr 1851 zeichnete. Bjørk öffnet ganz vorsichtig die genähten Alben, überblättert Schnappschüsse von Inuit mit Booten aus Seehundhäuten und kommt schnell zu den Seiten, die ihn am meisten interessieren: Zeichnungen und Bilder, auf denen die Form und Dicke der Gletscher zu sehen ist.

"Rink und spätere Forscher dokumentierten die Orte sehr sorgfältig, und wir können darauf vertrauen, dass sie das hier Gezeichnete auch wirklich gesehen haben. Ihr Eifer und ihre Genauigkeit sind ein Geschenk für uns", sagt er.

Einen Großteil seiner Arbeit machte Bjørk zusammen mit dem Geografen Kristian Kjedlsen; die zwei teilen sich im Naturkundemuseum ein Büro, in dem es Unmengen Grönlandkarten und Fotografien der Arktis gibt. In einer zweiten Studie suchten die Forscher auf den alten Fotografien nach geografischen Merkmalen wie Steinmoränen und Vegetationslinien, welche die größte Ausbreitung der Gletscher während der kleinen Eiszeit am Ende des 19. Jahrhunderts markieren.

Mit Hilfe dieser Daten und neuerer Luftaufnahmen konnten sie die Veränderung der Gletscherhöhe und damit der Eismasse bestimmen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass der durchschnittliche jährliche Eisverlust zwischen 2003 und 2010 mehr als doppelt so hoch war wie im gesamten Zeitraum des 20. Jahrhunderts. Außerdem scheinen deutliche Unterschiede an den verschiedenen Orten zu bestätigen, dass die Reaktion der Eisdecke auf Klimaveränderung von der Topografie des darunterliegenden Felsgesteins sowie von der Geometrie der Fjorde abhängt, durch welche die Auslassgletscher in Richtung Meer fließen.

Widerspenstiges Eis

Im letzten Jahrhundert waren Grönlands Gletscher unstet; an einigen Stellen nahmen sie zu, an anderen ab. Bjørk und seine Kollegen wollen nun herausfinden, wann es zu welchen Veränderungen kam und welche Bedingungen an diesen Zeitpunkten herrschten. Sie hoffen, auf diese Weise Licht in die komplizierte Mechanik der Eisdecke zu bringen – ein Aspekt, der bei bisherigen Modellrechnungen über die Ab- und Zunahme der Eismassen noch fehlt.

Doch um das Verhalten der Eisdecke zu erfassen, müssen möglichst viele einzelne Gletscher betrachtet werden, was Bjørk und seine Gruppe nun angehen. Sie nutzen dafür alle verfügbaren historischen Aufnahmen von Grönland mitsamt Bildern von Gletschern des am wenigsten erforschten hohen Nordens sowie aktuelle Satellitenaufnahmen. Ihr Ziel ist es, die Entwicklung der 309 größten Gletscher der Insel möglichst genau zu rekonstruieren.

Die Arbeit ist in vollem Gang. Meistens tauchen zwei seiner Studenten im Keller des Museums ab und markieren Steine, Klippen und andere wiedererkennbare Merkmale auf den am Bildschirm gezeigten Fotografien der vergangenen Jahrzehnte. Anhand dieser Kontrollpunkte wollen sie später die Aufnahmen aus verschiedenen Höhen und Winkeln miteinander vergleichen: Weil die meisten Luftbilder nämlich nicht senkrecht nach unten aufgenommen wurden, fehlt eine einheitliche Skalierung. All die schrägen Bilder müssen nun einzeln in vertikale Ansichten konvertiert und in ein gemeinsames Koordinatensystem überführt werden. Ohne diese Geokorrektur könnten die Wissenschaftler das Vorschieben und Zurückweichen der Gletscher nicht exakt vermessen.

Doch Fotos sind nicht die einzige Informationsquelle. An einem sonnigen Nachmittag schaut Bjørk im Arctic Institute auf Zeichnungen, die der deutsche Geologe Alfred Wegener während seiner letzten Expedition anfertigte, kurz bevor er im November 1930 in der Nähe eines Polarcamps im zentralen Grönland starb. Andere Alben enthalten Illustrationen, die noch von Exkursionen während einer kurzen Kältepause im späten 19. Jahrhundert stammen.

Bis jetzt hat Bjørk ungefähr 600 Zeichnungen und Bilder entdeckt, anhand derer er die Geschichte von Grönlands Gletschern aus der Zeit vor den Luftaufnahmen beschreiben kann. Für einige Gletscher gibt es keine offiziellen Luftbilder, weshalb er auch private Bilder von Geologen nutzt, die über die Jahre aufgenommen wurden. "Von allen Seiten kommen irgendwie neue Informationen dazu", sagt er. 2014 erhielt er ein Angebot von den Töchtern zweier Piloten, die bei Vermessungsarbeiten in den 1930er Jahren dabei waren. Bjørk erhielt ihre großen Fotosammlungen und sogar einen 8-Millimeter-Film, den die Piloten während ihrer Einsätze gedreht hatten.

Laut bisherigen Erkenntnissen verschwand das Eis wohl im frühen 20. Jahrhundert sehr schnell im Zuge der andauernden Erwärmung nach Ende einer kleinen Eiszeit. In der anschließenden Kältephase kam es dann aber wieder zu einem großflächigen glazialen Vorschub. Bjørk zufolge lässt der deutliche Wechsel zwischen Schrumpfen und Ausdehnung vermuten, dass die Gletscher empfindlicher auf Erwärmung und Abkühlung reagieren, als bisher alle angenommen hatten. Doch warum so manche Gletscher in bestimmten Phasen und bei bestimmten Temperaturen so stark zunehmen und andere nicht, bleibt weiterhin ein Rätsel.

Die NASA hat inzwischen das Projekt Oceans Melting Greenland (OMG) ins Leben gerufen, das Rignot leitet. Die vorhandenen Karten von Tiefseemessungen in Fjorden wie auch weitere Informationen sollen so den Glaziologen und Wissenschaftlern zur Verfügung gestellt werden und bei Modellrechnungen zur Eisschicht wie auch bei der Forschung über das Zusammenspiel von Gletschern und dem Meer genutzt werden. Dabei könnten sich Bjørks neueste Entdeckungen ebenfalls als hilfreich erweisen. Die historischen Aufzeichnungen der Temperaturen an der Meeresoberfläche ließen sich mit der Geschichte der einzelnen Gletscher kombinieren und im Hinblick darauf untersuchen, wie die im Meer endenden Gletscher auf Veränderungen der Meeresbedingungen reagieren. "Das frühere Verhalten des Eises spielt bei Vorhersagen für die Zukunft eine wichtige Rolle", glaubt Rignot.

Letztendlich geht es bei all diesen Analysen auch um Prognosemöglichkeiten. Nicht nur die paläoklimatischen Daten von vor Hunderten und Tausenden von Jahren, sondern auch die Erkenntnisse der Forscher um Bjørk über die Veränderungen in der jüngsten Vergangenheit könnten die Vorhersagen der Eisschichtmodelle verbessern, erklärt der Glaziologe Richard Alley von der Pennsylvania State University in University Park. "Wir brauchen sowohl die alten wie die heutigen Beobachtungen, um Modelle zur Vorhersage erstellen und testen zu können."

Für Bjørk geht die Auswertung der alten Bilder weit über die Wissenschaft hinaus, denn sie verbindet ihn irgendwie auch mit den Pionieren und Forschern, die er als Kind so bewunderte. Er ist dankbar, dass ihr Vermächtnis nun freigelegt wird. "Es ist Teil der nordischen Geschichte und ein echtes Geschenk für die moderne Wissenschaft", schließt er.

36/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36/2016

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