Eine Eiszeit von 115.000 Jahren in zwei Minuten.

Ein internationales Forschungsteam rekonstruierte mit einem Computermodell die Geschichte der Vereisung in den Alpen und visualisierte sie in einer zweiminütigen Computeranimation. Die Simulation zielt darauf ab, ein besseres Verständnis der Mechanismen der Vereisung zu ermöglichen.

Vor rund 115.000 Jahren begann die letzte Eiszeit in der Erdgeschichte. Es war eine ereignisreiche Zeit, als die Gletscher von den Alpen auf das Schweizer Mittelland vordrangen, sich zurückzogen und dann wieder vordrangen. Dabei fließt das mächtige Eis aus Tälern wie dem Rhonetal und bringt Gesteinsschutt von feiner Sedimentgröße bis hin zu tonnenschweren Felsbrocken über die Landschaft mit. Dieser Schutt, der als Moränen abgelagert wurde, bildete die üppigen, grünen Ausläufer der Alpen. Die schweren Felsbrocken, die so genannten Errater, sind im ganzen Mittelland, in den Alpentälern und im Jura zu finden.

Dreihundert Jahre Glazialgeschichtsforschung

Trotz der Tatsache, dass Entdecker und Wissenschaftler seit fast 300 Jahren die Gletschergeschichte der Alpen erforschen, ist es bisher niemandem gelungen, eindeutig zu identifizieren, welche Klimaentwicklungen zu einer großräumigen Vergletscherung führten. Es stellte sich die Frage, unter welchen Bedingungen sich die Gletscher ausdehnten, wie dick das Eis war, wie oft sich das Eisschild ausdehnte und zurückzog und was das Eis in den verschiedenen Alpenregionen unterschiedlich stark ausdehnte.

Um all dies besser zu verstehen, simulierte Julien Seguinot vom Labor für Hydraulik, Hydrologie und Glaziologie der ETH Zürich zusammen mit mehreren Kollegen die Gletscherentwicklung in den Alpen in den letzten 120’000 Jahren am CSCS-Supercomputer „Piz Daint“. Ihre Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift The Cryosphere veröffentlicht.

Um die Eisbildung und Gletscherausbreitung zu simulieren, verwendeten sie ein spezielles Modell (Parallel Ice Sheet Model, kurz PISM), das sie mit Daten über die ursprüngliche Topographie von Gebirgszügen und Gletschern, die physikalischen Eigenschaften von Gestein und Gletschern, die zum Teil auf Beobachtungen aus der Antarktis und Grönland, den Wärmestrom aus dem Erdinneren und die klimatischen Bedingungen beruhen, fütterten. Letztere basierten auf aktuellen Wetterdaten kombiniert mit Paläoklimaaufzeichnungen, die aus Sedimenten und Eiskernen der letzten 120.000 Jahre abgeleitet wurden.

Mehr Gletscherbewegung als bisher angenommen

Die Wissenschaftler führten Simulationen mit drei verschiedenen Paläoklima-Daten sowie zwei verschiedenen Niederschlagsszenarien durch. Nur einer der Klimadatensätze lieferte Ergebnisse, die mit den geologischen Beweisen der Gletscher in Gestein und Sediment übereinstimmen. Die Ergebnisse dieser Simulation zeigen, dass die Alpengletscher häufiger vorrückten und sich zurückzogen, als bisher angenommen. Lange Zeit gingen die Glaziologen von mindestens vier Gletschern aus. Seit den 1980er Jahren wird dieser niedrige Wert jedoch oft in Frage gestellt. Die neue Simulation scheint die Theorie der häufigeren Vereisungen zu unterstützen und zeigt, dass einige Alpengletscher in den letzten 120.000 Jahren mehr als zehnmal vor- und zurückgegangen sein könnten.

Dem Modell zufolge dehnten sich die Gletscher vor rund 25.000 Jahren am weitesten aus und rückten in die Voralpen vor, erreichten Bern, Zürich und die Bodenseeregion inklusive Schaffhausen in der Schweiz und breiteten sich nach Osten fast bis München in Deutschland aus. Im Laufe von einigen weiteren tausend Jahren wurde die Eiszeit dann allmählich zur aktuellen Interglazialzeit, wie auch im Video der Forscher zu sehen ist. Diese glazialen und interglazialen Perioden wechseln sich während einer Eiszeit ab. Die Erde befindet sich derzeit in der Mitte einer Eiszeit, die definiert ist, wenn mindestens einer der Pole der Erde mit Eis bedeckt ist.

Unterschätzte Eisdicke

Anhand einer detaillierten Analyse einer weiteren Simulation, die die Vergletscherung der letzten 120.000 Jahre kilometergenau darstellt, kommen die Forscher zu dem Schluss, dass das Eis während der Spitzenvergleisung viel dicker gewesen sein könnte als bisher angenommen: Im oberen Rhonetal zum Beispiel bis zu 800 Meter dicker.

Die Forscher geben zu, dass die Ergebnisse aufgrund von Unsicherheiten durch die vereinfachte Beschreibung der Prozesse zwischen Gletscher und Boden sowie der Klimabedingungen begrenzt sind. Für Seguinot war die Hauptschwierigkeit der Studie jedoch die Interpretation der verfügbaren Daten von Gletscherspuren wie Moränen, Erosionen und der Richtung des Eisstroms, die in den letzten 300 Jahren gesammelt wurden. „Durch die Verwendung von Gletschermodellen wie PISM auf Supercomputern wie dem Piz Daint sind wir in der Lage, die Geschichte der Gletscher mit einem beispiellosen Detaillierungsgrad zu rekonstruieren“, sagt Seguinot. Die Validierung solcher Ergebnisse erfordert jedoch mehr und systematisch gesammelte Daten in digitalen Karten über Landes- und Sprachgrenzen hinweg.

Mehr Informationen:
Julien Seguinot et al. Modellierung der Eisdynamik des letzten Gletscherzyklus in den Alpen, The Cryosphere (2018). DOI: 10.5194/tc-12-3265-2018

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