E3 Dynamik des Gletschers

Thema

Die Dynamik eines Gletschers ergibt sich aus dem Gleichgewicht zweier gegenläufiger Zonen: der Akkumulationszone oberhalb der Gleichgewichtslinie, in der der Gletscher durch Schneeablagerung an Masse gewinnt, und der Ablationszone unterhalb der Gleichgewichtslinie, in der er durch Schmelzen, Sublimation und das Kalben von Eisblöcken ins Meer oder einen See Masse verliert. Die Nettomassebilanz, die sich aus der Differenz zwischen dem Massenverlust in der Ablationszone und dem Massenzuwachs in der Akkumulationszone ergibt, ist der wichtigste Indikator für den Zustand eines Gletschers: Eine positive Nettomassebilanz führt zu einem Vorrücken des Gletschers, eine negative zu einem Rückzug.

Mit der Klimaerwärmung steigt die Gleichgewichtslinie, die diese beiden Zonen trennt. Diese höhere Gleichgewichtslinie verringert die Oberfläche der Akkumulationszone und vergrößert gleichzeitig die Oberfläche der Ablationszone, wodurch die Nettomassebilanz des Gletschers zunehmend negative Werte annimmt.

Die Bewegung eines Gletschers setzt sich aus zwei Komponenten zusammen: der inneren Verformung des Eises selbst, die dem gleichen nichtlinearen Spannungs-Dehnungs-Zusammenhang folgt wie allgemein für Eis, und dem basalen Gleiten, also der Verschiebung des gesamten Gletschers über den darunterliegenden Felsuntergrund. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Gletscheroberfläche aufgrund der inneren Verformung bewegt, steigt mit der vierten Potenz seiner Dicke. Daher fließt ein nur geringfügig dickerer Gletscher viel, viel schneller als ein dünnerer. Basales Gleiten tritt, anders als die innere Verformung, nur auf, wenn die Gletscherbasis ihre Schmelztemperatur erreicht – also wenn der Gletscher an seiner Basis temperiert oder zumindest teilweise temperiert ist. Das Schmelzwasser, das sich an dieser Basis sammelt, schmiert den Kontakt zwischen Eis und Felsuntergrund, verringert die Reibung und ermöglicht so das Gleiten des gesamten Gletschers über den Felsuntergrund.

Die Kontinuitätsgleichung für einen Gletscher beschreibt den Zusammenhang zwischen der Änderung der Eisdicke an jedem Punkt, der Massenbilanz an diesem Punkt und dem Eiszufluss bzw. -abfluss durch den Gletscher selbst. Wenn die Dicke des Gletschers über die Zeit konstant bleibt, muss der Eisfluss flussabwärts exakt der gesamten Nettoakkumulation entsprechen, die der Gletscher flussaufwärts im restlichen Einzugsgebiet aufgenommen hat. Genau diese beiden Zusammenhänge – die Kontinuitätsgleichung und die zuvor beschriebenen Gleichungen für die Eisbewegung – werden in einem Eisflussmodell gemeinsam gelöst, um vorherzusagen, wie sich derselbe Gletscher unter verschiedenen Klimaszenarien entwickeln wird.

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