Wie Schmelzwasser Grönlands Gletscher heizt

13. November 2012 von Lars Fischer in Klima und Umwelt

In der Nature-Ausgabe von letzter Woche gab es ein nettes kleines Paper (Harper et al.: Greenland ice-sheet contribution to sea-level rise buffered by meltwater storage in firn) über die porösen Schneeschichten auf dem grönländischen Eisschild und deren Einfluss auf den Meeresspiegelanstieg. Die Grundidee ist, dass die obersten Schichten des Eises noch aus mehr oder weniger kompaktiertem Schnee bestehen, dessen Hohlräume Schmelzwasser von der Oberfläche einfach aufsaugen. Das führt dazu, dass Grönland zwar schmilzt, aber das Schmelzwasser es zu einem beträchtlichen Teil nicht bis ins Meer schafft.

Die Details könnt ihr in diesem Artikel von Daniel auf Spektrum.de nachlesen (wenn ihr unser schönes Wochenmagazin abonniert habt, was ihr schleunigst tun solltet), es läuft darauf hinaus, dass die Eisschmelze auf Grönland nach den Berechnungen der beteiligten Forscher über Jahrzehnte hinaus weitaus weniger zum Meeresspiegelanstieg beitragen wird als vermutet. Der verfügbare Porenraum ist gigantisch - oben auf der Eiskappe ist der Firn bis in 60 Meter Tiefe porös.

Das ist auf den ersten Blick eine gute Nachricht, zumindest für alle Grundstücksbesitzer am Meer. Es gibt allerdings noch einen zweiten Aspekt, der in der Veröffentlichung leider nicht auftaucht, der aber langfristig möglicherweise sogar interessanter ist, und das nicht auf gute Weise. Das Schmelzwasser schleppt nämlich beträchtliche Mengen Energie ins Innere der Gletscher.

Entscheidend ist dabei keineswegs die Temperatur des Wassers - das ist mit null Grad sogar ziemlich kalt - sondern die Energie, die es beim Phasenübergang vom Eis zum Wasser aufgenommen hat. Und die ist ganz erheblich: Um ein Kilo Eis zu schmelzen, braucht man über 330 Kilojoule - mit der Energie könnte man die gleiche Menge flüssiges Wasser um knapp 80 Grad aufheizen.

Der Schnee schmilzt in der Sommersonne, das Wasser sickert anschließend in den Firn hinein und gefriert dort wieder: Die Forscher haben tatsächlich im verdichteten Schnee Schichten aus Eis gefunden, die auf gefrorenes Schmelzwasser zurückgehen. Das bedeutet aber, dass das Wasser die gesamten 330 Kilojoule pro Liter in Form von Wärme wieder an das umgebende Eis abgibt. Da Eis mit 2 Kilojoule pro Kilogramm eine relativ geringe Wärmekapazität hat, entspricht das einer beträchtlichen Temperaturerhöhung: Ein einziger Liter Schmelzwasser erwärmt 100 Kilogramm Eis um etwa 1,6 Grad.

Oder, um nochmal zu den Zahlen im Paper zurückzukommen: Das Team gibt als Kapazität des Porenraumes über den gesamten Eisschild größenordnungsmäßig 1000 Gigatonnen Wasser an. Das sind 3,3*1017 Kilojoule Sonnenenergie, die auf diese Weise in das Innere des Eisschildes transportiert werden, was wiederum - sofern ich mich nicht verrechnet habe - der Energie von knapp sechzigtausend Hiroshima-Explosionen entspricht. Ich überlasse es mal den Glaziologen, die langfristigen Folgen eines Wärmetransports dieser Größenordnung zu berechnen, ich persönlich habe aber meine Zweifel, dass das eine uneingeschränkt gute Nachricht ist.


7 Kommentare zu “Wie Schmelzwasser Grönlands Gletscher heizt”

  1. Daniel Lingenhöhl Antworten | Permalink

    Frost

    Hi Lars,

    hast Du bedacht, dass das Wasser ja größtenteils im Winter wieder gefriert, wodurch die Energie wieder abgeführt wird? Die Forscher sagen, dass das Porengesamtvolumen durch das Gefrieren langfristig kleiner wird. Oder mache ich einen Denkfehler?

  2. Lars Fischer Antworten | Permalink

    Teils, teils

    Das Wasser dürfte zu großen Teilen direkt wieder gefrieren, weil der Firn ja kälter als null Grad ist. Dadurch steigt dann die Temperatur des Eiskörpers. Dafür spricht ja auch die Anordnung in Schichten: Das Wasser sickert so weit, bis es auf eine Schicht trifft, die deutlich kälter ist. Dort gefriert das Wasser dann in den Poren (das wird auch im Paper angedeutet).

    Ich glaube auch nicht, dass das Eis die Energie im Winter wieder abgibt: Schnee isoliert sehr gut. Die Temperatur tieferer Firnschichten ist von den saisonalen Oberflächentemperaturen relativ unabhängig. ich erinnere mich auch, über entsprechende Temperaturprofile von Gletschern gelesen zu haben.

  3. Martin Holzherr Antworten | Permalink

    Physik im Alltag

    Erwärmt die Wärme die beim Gefrieren von Schmelzwasser abgegeben wird den Gletscher insgesamt?
    Eine klassische Frage für den Physiker, der Alltagsphänomene erklären will.

    Meinem "physikalischen Gefühl" nach entscheidet die Tiefe, in der das Schmelzwaser wieder gefriert ob der Gletscher insgesamt erwärmt wird oder nicht. Geschieht das Gefrieren relativ oberflächennah, dann ist der Effekt gering, denn die zusätzliche Erwärmung wird über die Oberfläche bereits in der nächsten kalten Nacht wieder abgestrahlt. Ich habe sogar davon gehört, dass ein warmer Kessel Wasser in der kalten Winternacht mehr durchfriert als ein kalter, weil aus dem warmen Kessel mehr Wasser verdunstet und die abgeführte Verdunstungswärme einen stark kühlenden Effekt hat.
    Gefriert das Schmelzwasser allerdings erst sehr tief im Gletscher, dann wird die Wärme nicht mehr über die Oberfläche abgegeben, denn Eis isoliert relativ gut.

    Am schlmmsten für den Gletscher wären somit Schmelzhöhlen in der Tiefe des Gletschers. Schmelzwasser, das von der Oberfläche durch Schmelzkanäle in diese Höhlen fliesst würde Wärme von oben nach unten transportieren und den Gletscher immer mehr aufheizen.

  4. Joker Antworten | Permalink

    @ Martin Holzherr: Physik in Winternacht

    "Ich habe sogar davon gehört, dass ein warmer Kessel Wasser in der kalten Winternacht mehr durchfriert als ein kalter, weil aus dem warmen Kessel mehr Wasser verdunstet und die abgeführte Verdunstungswärme einen stark kühlenden Effekt hat."

    Ja, das hab ich auch (schon oft) gehört. Ich hab mich immer gefragt, wie das möglich sein soll. Irgendwann müssten der ursprünglich warme und der ursprünglich kalte Kessel ja die gleiche Temperatur haben. Warum soll der ehemals wärmere von nun an immer noch schneller abkühlen? Wurde da durch die Verdunstungswärme schon Energie auf Vorrat entzogen, für die Reise in der kalten Nacht?

    Wie auch immer, was das für unsere Gletscher und den Meeresspiegel bedeutet, mag ich nicht beurteilen.

  5. Gichtl vom Berge Antworten | Permalink

    PS

    Ich meinte trotz kapitalem Tippfehler natürlich den Mpemba-Effekt!

  6. Ralph Dihlmann Antworten | Permalink

    Mpemba Effekt

    Ich hätte jetzt intuitiv vermutet, dass durch die Verdampfung an der Oberfläche (und daraus resultierende große vertikale Temperaturunterschiede) sehr schnell eine Konvektion in Gang kommt, welche (im Vergleich zum kälteren Gefäss) schneller für einen Temperaturaustausch sorgt. Falls nun das ursprünglich wärmere Gefäss das kältere 'einholt' würde die Konvektion ja nicht gleich aufhören, und es wäre demnach schneller kalt.

    Davon finde ich im recht länglichen Wikipedia Artikel aber nichts.

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