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Die Auswirkung extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Massenbilanz des grönländischen Eisschildes

Im letzten Jahrzehnt war der grönländische Eisschild mehreren Extremereignissen ausgesetzt, mit teils unerwartet starken Auswirkungen auf die Oberflächenmassebilanz und den Eisfluss, insbesondere in den Jahren 2010, 2012 und 2015. Einige dieser Schmelzereignisse prägten sich eher lokal aus (wie in 2015), während andere fast die gesamte Eisfläche bedeckten (wie in 2010).Mit fortschreitendem Klimawandel ist zu erwarten, dass extreme Schmelzereignisse häufiger auftreten und sich verstärken bzw. länger anhalten. Bisherige Projektionen des Eisverlustes von Grönland basieren jedoch typischerweise auf Szenarien, die nur allmähliche Veränderungen des Klimas berücksichtigen, z.B. in den Representative Concentration Pathways (RCPs), wie sie im letzten IPCC-Bericht genutzt wurden. In aktuellen Projektionen werden extreme Schmelzereignisse im Allgemeinen unterschätzt - und welche Konsequenzen dies für den zukünftigen Meeresspiegelanstieg hat, bleibt eine offene Forschungsfrage.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, die Auswirkungen extremer Schmelzereignisse auf die zukünftige Entwicklung des grönländischen Eisschildes zu untersuchen. Dabei werden die unmittelbaren und dauerhaften Auswirkungen auf die Oberflächenmassenbilanz und die Eisdynamik bestimmt und somit die Beiträge zum Meeresspiegelanstieg quantifiziert. In dem Forschungsprojekt planen wir zudem, kritische Schwellenwerte in der Häufigkeit, Intensität sowie Dauer von Extremereignissen zu identifizieren, die - sobald sie einmal überschritten sind - eine großräumige Änderung in der Eisdynamik auslösen könnten.Zu diesem Zweck werden wir die dynamische Reaktion des grönländischen Eisschilds in einer Reihe von Klimaszenarien untersuchen, in denen extreme Schmelzereignisse mit unterschiedlicher Wahrscheinlichkeit zu bestimmten Zeitpunkten auftreten, und die Dauer und Stärke prognostisch variiert werden. Um indirekte Effekte durch verstärktes submarines Schmelzen hierbei berücksichtigen zu können, werden wir das etablierte Parallel Ice Sheet Model (PISM) mit dem Linearen Plume-Modell (LPM) koppeln. Das LPM berechnet das turbulente submarine Schmelzen aufgrund von Veränderungen der Meerestemperatur und des subglazialen Ausflusses. Es ist numerisch sehr effizient, so dass das gekoppelte PISM-LPM Modell Ensemble-Läufe mit hoher Auflösung ermöglicht. Folglich kann eine breite Palette von Modellparametern und Klimaszenarien in Zukunftsprojektionen in Betracht gezogen werden.Mit dem interaktiv gekoppelten Modell PISM-LPM werden wir den Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg im 21. Jahrhundert bestimmen, unter Berücksichtigung regionaler Veränderungen von Niederschlag, Oberflächen- und Meerestemperaturen, und insbesondere der Auswirkungen von Extremereignissen. Ein Hauptergebnis wird eine Risikokarte sein, die aufzeigt, in welchen kritischen Regionen Grönlands zukünftige extreme Schmelzereignisse den stärksten Eisverlust zur Folge hätten.

Export von organischem Kohlenstoff aus Islands Gletschern: Quantifizierung, Herkunft und Kohlenstoffflüsse in Gletscherbächen

Gletscher sind bedeutende Speicher organischen Kohlenstoffs (OC) und tragen zum Kohlenstofffluss vom Festland zum Meer bei. Aufgrund des Klimawandels wird eine Intensivierung dieser Flüsse erwartet. Der Export von OC aus Gletschern wurde weltweit in verschiedenen Regionen quantifiziert, trotzdem liegen keine vergleichbaren Daten für Island vor, obwohl sich dort die größte europäische außerpolare Eiskappe befindet. Um die globalen Prognosen der glazialen Kohlenstofffreisetzung zu verbessern, ist es das Ziel dieses Pilotprojektes, den Export von gelöstem und partikulärem organischen Kohlenstoff (DOC, POC) aus Islands Gletschern erstmalig zu quantifizieren und neue Kooperationen mit isländischen Wissenschaftler/innen für gemeinsame zukünftige Forschungsprojekte aufzubauen. Hierzu werden 4 Feldkampagnen zu unterschiedlichen Jahreszeiten sowie Treffen mit isländischen Kollegen/innen durchgeführt. In jeder Feldkampagne werden von 23 Gletschern der Eiskappen Vatnajökull, Langjökull, Hofsjökull, Myrdalsjökull und Snaeellsjökull Eisproben entnommen, um die biogeochemische Diversität des glazialen OC zu charakterisieren sowie dessen Export in Verbindung mit Massenbilanzen zu quantifizieren. In Gletscherbächen werden Wasserproben entnommen, um den Austrag von OC direkt am Gletschertor zu bestimmen sowie die Kohlenstoffflüsse entlang von 6 Gletscherbächen mit unterschiedlicher Länge (2 km bis 130 km) beginnend am Gletschertor bis zur Mündung zu untersuchen. Wie sich der Gletscherrückgang langfristig auf ein Gletscherbachökosystem auswirkt, wird durch die taxonomische Bestimmung von Makroinvertebraten im Vergleich zur Bestimmung von Prof. Gíslason aus dem Jahre 1997 beurteilt. Gleichzeitig werden in diesem Gletscherbach Wasserproben zum eDNA-Barcoding entnommen, um eine rasche und gering invasive Methode zur laufenden Beobachtung des zukünftigen Einflusses der Gletscherrückgang zu entwickeln. Vor Ort werden Wassertemperatur, elektr. Leitfähigkeit, pH-Wert, gelöster Sauerstoff, Trübung und Chlorophyll alpha gemessen. Innovative Labormethoden (HPLC, DNA-Barcoding, Picarro, GC, TOC) werden zur Analyse des OC im Eis und Wasser (DOC, DIC, POC, Fluoreszenz, Absorption), der Nährstoffe (P-PO4, N-NO3, N-NO2, N-NH4), stabiler Isotope (18O, 2H), Chlorophyll alpha, CO2 und aquatischen Organismen eingesetzt. Die Anwendung statistischer Methoden (Faktorenanalyse, Hauptkomponentenanalyse) basierend auf Anregungs- und Emissionsmatrizen erlauben die Quellen des OC im Gletschereis sowie -schmelzwasser zu bestimmen und die räumliche Vielfalt des OC zu erklären. Das gewonnene Wissen wird zur Verbesserung globaler Prognosen glazialer Kohlenstofffreisetzung beitragen sowie einen intensiven Einblick in das glaziale Ökosystem geben. Für die antragstellenden Nachwuchswissenschaftler/innen entstehen vielversprechende Kooperationen mit isländischen Wissenschaftlern/innen, fokussierend auf die zeitlichen sowie räuml. Aspekte der glazialen Kohlenstoffflüsse sowie das Ökosystem Gletscher

Der Einfluss von Schneeschmelze auf die Flüsse im Hochgebirge Asiens

Das Projekt "Quantifying the Influence of SnowmelT on RIVEr Hydrology in High Mountain Asia (STRIVE)" fokussiert sich auf alpine Flüsse und dem Zeitpunkt und Menge der Schneeschmelze im Himalaya . In vielen alpinen Einzugsgebieten stammt ein signifikanter Teil des jährlichen Wasserhaushalts aus der Schneeschmelze, insbesondere während der Monate vor dem Beginn des Monsuns. Da die Gletscher in vielen hochgelegenen Bergregionen weiter schmelzen werden, wird der saisonale Wasserpuffer durch die Schneeschmelze in Zukunft noch wichtiger werden. Auch die Gefahr von Überschwemmungen wird zunehmen, da die steigenden Temperaturen die Schneeschmelze im Frühjahr beschleunigen. Trotz der Bedeutung des Schneewasserhaushalts für viele besiedelte Gebiete sind Zeitpunkt und Volumen der Schneeschmelze nach wie vor nur unzureichend bekannt - insbesondere in Einzugsgebieten in großer Höhe. Um besser quantifizieren zu können, wann und wo das Wasser der Schneeschmelze die alpinen Flüsse erreicht, wird das STRIVE-Projekt einen kombinierten in-situ- und satellitenbasierten Ansatz verwenden, um (1) den Zeitpunkt und die räumliche Verteilung der Schneeschmelze zu überwachen, (2) den Einfluss der Schneeschmelze auf die Flusshöhen und (3) Flusstemperaturen zu bewerten. Die im Rahmen des STRIVE-Projekts gesammelten neuen Daten mit hoher zeitlicher Auflösung werden mit lokalen und regionalen hydrologischen Daten kombiniert, um (4) ein umfassenderes Verständnis der aktuellen Schneeschmelze und deren Wassermenge für alpine Flüsse zu entwickeln. Hier spielen insbesondere die sich verändernden Klimabedingungen eine große Rolle. Die Ergebnisse des STRIVE-Projekts werden für Forscher verschiedener Fachbereiche in der physischen Geographie, Hydrologie und Geomorphologie, zum Einschätzen von Naturgefahren und für Manager sowie Entwickler von Wasserkraftwerken im gesamten Himalaya und in ähnlichen, von der Schneeschmelze angetriebenen alpinen Ökosystemen, von großem Nutzen sein. Um die Forschungszusammenarbeit und den Austausch mit den nepalesischen Partnern zu erleichtern und nachhaltiger zu machen, wird das STRIVE-Projekt zwei Workshops für Nachwuchswissenschaftlerinnen durchführen, die sich mit der Sammlung und Verarbeitung von in-situ- und Fernerkundungsdaten beschäftigen. Diese Workshops werden dazu beitragen, die Ergebnisse und Erkenntnisse des STRIVE-Projekts zu verbreiten und sicherzustellen, dass die entwickelten Methoden und Daten auch nach dem Ende des Projekts in die Forschung und in wasserpolitische Entscheidungen im Himalaya einfließen.

Gletscher, Seen, und Ausbruchsfluten: Wie verändern sich Naturgefahren im Pacific Northwest im Zuge der atmosphärischen Erwärmung?

Mehrere tausend Gletscherseen sind durch die beschleunigte Gletscherschmelze in den Hochgebirge der Erde entstanden, von denen einige rasch an Volumen zunehmen. Vereinzelt kommt es immer wieder zu unvorhergesehenen Dammbrüchen mit teils katastrophalen Folgen für die talabwärts siedelnde Bevölkerung. Die Abflussspitzen solcher Gletscherseeausbrüche oder GLOFs (glacier lake outburst floods) können meteorologische Fluten lokal um ein Vielfaches übersteigen, und eventuell durch anhaltendes Wachstum von Gletscherseen in Zukunft noch höher werden. Die Gefährdung, oder Eintretenswahrscheinlichkeit, eines GLOFs ist jedoch weitestgehend unbekannt, weil bisher möglicherweise nur die größeren, schadensreichen Fluten dokumentiert wurden. Dieser Forschungslücke wollen wir begegnen, indem wir die räumliche und zeitliche Verteilung von Gletscherseen und deren Ausbrüche systematisch untersuchen. Unser Ziel ist es, durch die Erstellung von Inventaren von Gletscherseen und GLOFs zu quantifizieren, wie sich die GLOF-Gefahr zwischen 1985 und 2020 verändert hat. Unsere Untersuchungsregion sind die Gebirge des Pacific Northwest (NW-Amerika). Die dortigen Gletscher hatten in den vergangenen beiden Jahrzehnten eine der höchsten Schmelzraten weltweit. Jedoch blieb das Wachstum und Ausbrüche der zumeist eis- und moränen-gedämmten Seen regional nahezu unerforscht. Wir werden automatisch Gletscherseen aus Landsat-Satellitenbildern in mehreren Zeitschritten ab Mitte der 1980er Jahre kartieren. Aus diesen Seeninventaren und klimatischen, glaziologischen und morphologischen Variablen werden wir Bayes‘sche Modelle lernen, um die Entstehung von Gletscherseen vorhersagen zu können. Plötzlich auftretende Sedimentverfrachtungen unterhalb von Seen können auf bisher unerkannte GLOFs hinweisen, welche wir aus Landsat-Bildern automatisch detektieren werden. Diese Ereignisse werden wir mit verfügbaren Abflusszeitreihen und Feldarbeit an zwei ausgewählten Gletscherseen validieren werden. Somit erhalten wir ein regional konsistentes Inventar von GLOFs, aus dem wir ableiten können, wie stark sich deren Raten und Magnituden in den letzten 35 Jahren verändert haben. Schließlich werden wir Zeitreihen aus gemessenen und simulierten GLOF-Abflüssen zusammenführen, sodass wir die Jährlichkeit eines GLOFs abschätzen können. Mit Hilfe eines nicht-stationären Extremwertmodells werden wir zeigen, wie sich die Gefährdung durch GLOFs in den letzten Jahrzehnten verändert hat und wie sie sich bei anhaltender Gletscherschmelze verändern könnte. Wir sind zuversichtlich, dass unsere computer-gestützte Arbeit die Veränderungen der GLOF-Gefährdung vom Einzugsgebiet bis zur lokalen Ebene zuverlässig aufzeigen wird. Wir werden unsere Modelle frei zugänglich machen, was für Entscheidungsträger und Regionalplaner angesichts einer wachsenden Bevölkerung und Ressourcengewinnung im Pacific Northwest von Bedeutung sein wird.

Natural ocean alkalinization through erosion of glacial till and weathering at the seafloor: porewater data from AL543

Climate change-driven deglaciation and erosion in high-latitude regions enhance the flux of terrigenous material to the coastal ocean. Newly exposed land surfaces left behind by retreating glaciers are covered by glacial till, which is rich in fine-grained minerals. Many of these minerals are undersaturated in seawater and thus prone to dissolution (i.e., seafloor weathering). Consequently, intensified erosion and mineral weathering may act as an additional CO₂ sink while supplying alkalinity to coastal waters. To evaluate this hypothesis, we carried out a sediment geochemical study in the southwestern Baltic Sea, where coastal erosion of glacial till is the dominant source of terrigenous material to offshore depocenters. We analyzed glacial till from coastal cliffs, sediments, and pore waters for major element composition using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and an elemental analyzer. Water samples were further analyzed for dissolved redox species and dissolved silica by photometry and ion chromatography. These data were then used to quantify mineral dissolution and precipitation processes and to assess their net effect on inorganic carbon cycling.

Elevation zones Hallstätter Gletscher, Dachstein, Austria, 2024/2025

The annual glacier mass balance of Hallstätter Gletscher in Austria is measured since 1.10.2006 with the direct glaciological method in the fixed date system (1.10. to 30. 09. of the following year). The accumulation of snow is measured by determination of the water equivalent in 6 snow pits, the ice ablation is measured with 15 stakes drilled into the ice. Results are the annual net mass balance in kg, the total accumulation and ablation, the glacier area and the portions of the area which are subject to ablation and accumulation, the elevation of the equilibrium line and the specific mass balance in kg/m² (= mm w.e.). The accumulation during the winter is determined by the 1 May. The project is funded by the Federal Government of Upper Austria. The measurements are carried out the Institute for Interdisciplinary Mountain Research of the Austrian Academy of Sciences and the company Blue Sky in Gmunden, Austria.

Glacier mass balance Hallstätter Gletscher, Dachstein, Austria, 2024/2025

The annual glacier mass balance of Hallstätter Gletscher in Austria is measured since 1.10.2006 with the direct glaciological method in the fixed date system (1.10. to 30. 09. of the following year). The accumulation of snow is measured by determination of the water equivalent in 6 snow pits, the ice ablation is measured with 15 stakes drilled into the ice. Results are the annual net mass balance in kg, the total accumulation and ablation, the glacier area and the portions of the area which are subject to ablation and accumulation, the elevation of the equilibrium line and the specific mass balance in kg/m² (= mm w.e.). The accumulation during the winter is determined by the 1 May. The project is funded by the Federal Government of Upper Austria. The measurements are carried out the Institute for Interdisciplinary Mountain Research of the Austrian Academy of Sciences and the company Blue Sky in Gmunden, Austria.

Glacier mass balances and elevation zones of Hallstätter Gletscher, Dachstein, Austria, 2006/2007 et seq

The annual glacier mass balance of Hallstätter Gletscher in Austria is measured since 2006-10-01 with the direct glaciological method in the fixed date system (1st October to 30th September of the following year). The accumulation of snow is measured by determination of the water equivalent in 6 snow pits, the ice ablation is measured with 15 stakes drilled into the ice. Results are the annual net mass balance in kg, the total accumulation and ablation, the glacier area and the portions of the area which are subject to ablation and accumulation, the elevation of the equilibrium line and the specific mass balance in kg/m**2 (= mm w.e.). The accumulation during the winter is determined by the 1st May. The project is funded by the Amt der Oberösterreichischen Landesregierung and the Energie AG. The measurements are carried out by the Institute for Interdisciplinary Mountain Research (http://www.mountainresearch.at/index.php/en/) of the Austrian Academy of Sciences and the company Blue Sky in Gmunden, Austria. New data will be added every year.

Glacier outlines of Hallstätter Glacier, Austria, 1856 et seq in shapefile format

Glacier outlines of Hallstätter Glacier in the Dachstein Massif, Austria, are periodically mapped as part of the respective glacier mass balance monitoring program. Outlines are provided in shapefile format and were mapped based on the available DEMs, historical images, orthophotos or satellite images. Glacier area has decreased from 5.3 km2 in 1856 to 2.4 km2 in 2023. Detailed Information is given in Helfricht (2009), Kara (2020) and Bertolotti et al. (in prep.) and in the associated readme files. New outlines will be added as they become available.

Glacier mass balance of Hallstäter Glacier, Austria, 2006/07 et seq in shapefile format

Annual and winter glacier mass balance maps (fixed date system) for Hallstätter Glacier in the Dachstein Massif, Austria, is provided in shapefile format. The shapes contain contour lines delineating areas of equal mass balance as well as elevation zones. Spatially integrated mass balance is derived from point measurements at snow pits and ablation stakes by interpolating between measurement points and extrapolating to unmeasured regions of the glacier. Detailed Information is given in Helfricht (2009) and Bertolotti et al. (in prep.) and in the associated readme files. New data will be added each year. This is complementary information to the data provided by Fischer et al., 2016.

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