Kryosphäre: Wo drohen Lebenswelten aus Eis aufzutauen?

Die Insel Grönland erstreckt sich zwischen dem 60. und dem 83. Grad nördlicher Breite vom Nordatlantik bis in den arktischen Ozean. Seit über zweieinhalb Millionen Jahren sind Teile der Insel in wechselnder Ausdehnung mit Eis bedeckt. Über Jahrtausende türmen sich Niederschläge auf. Die Last des jährlich neu fallenden Schnees presst tiefere Schichten zu Eis zusammen. Auf diese Weise hat sich ein Eisschild gebildet, der heute vier Fünftel der Fläche Grönlands bedeckt und an den höchsten Stellen über drei Kilometer dick ist. 

Seit über hundert Jahren beobachten und vermessen Wissenschaftler:innen den Eisschild. 1930 richtete eine Expedition um den Polarforscher Alfred Wegener die erste ganzjährig bewohnte Forschungsstation mitten auf Grönland ein. Tausende Meter tief haben Forschende seither in den Eisschild gebohrt, um ihm seine Jahrtausende alte Entstehungsgeschichte zu entlocken. Seit den 1980er Jahren erlauben satellitengestützte Messtechniken, die Dynamik der Eisschilde immer detaillierter zu erfassen. Denn auch wenn es auf den ersten Blick nicht so aussieht: Eisschilde sind ständig in Bewegung und verändern sich. Von oben türmen sich Jahr um Jahr neue Schneemassen auf, weiter unten entsteht Eis. Und aus dem Zentrum fließt das Eis ständig in Richtung der Küsten. An verschiedenen Stellen fließen mächtige Eisströme ins Meer. Wie Flüsse in Zeitlupe münden diese Auslassgletscher in den Ozean. Dort schmelzen sie und geben das aus dem Landesinneren transportierte Eis ins Meer ab.

Seit Jahrzehnten bemerken Forschende ein zunehmendes Abschmelzen, so dass im Mittel pro Jahr mehr Eis verloren geht als durch Schneefall hinzukommt. Aufgrund des Temperaturanstiegs, der in der Arktis drei bis viermal so stark wie im globalen Mittel ausfällt, schmilzt immer mehr Schnee in höheren Lagen. Liegt das Eis darunter frei, kommt ein verstärkender Effekt zum Tragen: Das dunklere Eis nimmt mehr Sonnenstrahlung auf als eine reflektierende weiße Schneeschicht und schmilzt deshalb schneller. Zudem können auf dem Eis Algen wachsen und die Oberfläche weiter verdunkeln. Das Reflexionsvermögen – oder die Helligkeit – einer Oberfläche wird als Albedo bezeichnet. Dieser Rückkopplungsprozess ist deshalb als Eis-Albedo-Feedback bekannt. Auch Ablagerungen von Ruß und Feinstäuben aus Waldbränden und Industrieabgasen oder die Ausbildung von Schmelzwasserseen an der Oberfläche verringern die Albedo der Schneeschicht und verstärken so das Schmelzen. 

Am schnellsten verliert der Eisschild an seinen Rändern an Mächtigkeit. Hier beschleunigt eine weitere Rückkopplung den Eisverlust: Wird der Eisschild dünner, sinkt seine Oberfläche in wärmere Luftschichten und schmilzt noch schneller. In den höheren Lagen maßen Forschende zwischen 2003 und 2019 dagegen stellenweise sogar mehr Schneefall. Auch das liegt an der Erwärmung der Arktis: Wärmere Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen und transportieren. So kommt es häufiger zu stärkeren Niederschlägen. „Die beobachtete Höhenzunahme des Eises ist aber nicht gleich einer Massenänderung“, erklärt Ingo Sasgen, Glaziologe am Alfred-Wegener-Institut. „Ein paar Jahre mit etwas mehr Schneefall sind nicht unbedingt relevant für die Gesamtmassenbilanz des Eisschildes.“ Die Eisverluste an den Rändern seien ohnehin weit größer, selbst ein möglicher Zugewinn an Masse im Landesinneren könne sie nicht ausgleichen. Ein Problem ist außerdem, dass statt Schnee immer häufiger Regen fällt. „Der kommt der Massebilanz des Eises nicht zugute – im Gegenteil, er verringert die Albedo der Oberfläche, so dass das Eis schneller schmilzt.“

Forschende zählen den grönländischen Eisschild zu den Kippelementen im weltweiten Klimasystem. Bei den sich abzeichnenden Entwicklungen der Durchschnittstemperaturen sei ein fortschreitendes Abschmelzen nicht auszuschließen, selbst wenn es uns gelänge, die Erwärmung langfristig zu stabilisieren. Über Jahrtausende würde Grönland nach und nach womöglich zum größten Teil eisfrei. Der Meeresspiegel könnte dadurch um über sieben Meter ansteigen. Und: Das freigesetzte Süßwasser verändert regionale und globale Meeresströmungen und hat weitreichende Auswirkungen auf das weltweite Klima. 

Der Eisbär auf einer Eisscholle – dieses Bild war und bleibt eine Ikone in der Kommunikation über Klimawandel. Denn in dem Maß, wie die Erde sich erwärmt, schmilzt den Eisbären ihr Lebensraum unter den Füßen weg. Tatsächlich nimmt das arktische Meereis, auf dem Eisbären jagen und viele Robbenarten ihre Jungen großziehen, seit Jahrzehnten an Ausdehnung und Dicke ab. Bis zur Mitte des Jahrhunderts wird der Nordpol in den Sommermonaten voraussichtlich erstmals eisfrei sein. Auch in der Wintersaison gefriert ein immer kleinerer Teil der Meeresoberfläche. Hier ist aber nicht in erster Linie die Ausdehnung, sondern die Dicke des Eises der entscheidende Faktor. Es ist jünger und weniger stabil. Ein Großteil des Meereises, das in den flachen Randmeeren des Arktischen Ozeans entsteht, schmilzt, bevor es die zentrale Arktis überhaupt erreichen kann. 

Der Trend ist den bisherigen Erkenntnissen zufolge eindeutig, das heißt: Je wärmer es wird, desto weniger Eis bildet sich im Winter und desto kleiner ist auch die gefrorene Fläche im Sommer. In geografisch bedingten Meerengen verzögert sich der Rückgang des Eises zunächst. Wo die Eisfläche auf dem offenen Arktischen Ozean liegt, schmilzt mehr Eis pro Jahr, weil es dem wärmeren Wasser ausgesetzt ist. Sollte sich die Erde in fernerer Zukunft wieder deutlich abkühlen, würde die Ausdehnung des Meereises auch wieder zunehmen. 

Übrigens: Auch das antarktische Meereis nimmt ab. Seit etwa 2015 bildet sich im Südpolarmeer immer weniger Meereis – eine deutliche Trendumkehr im Vergleich zu den Jahrzehnten davor, in denen das Gesamtvolumen des jährlichen Meereises sogar zunahm. Aktuelle Studien lassen vermuten, dass dieser Rückgang einen abrupten Wandel des Klimasystems in der Antarktis anzeigt.

Der antarktische Eisschild liegt rund um den Südpol auf dem antarktischen Kontinent. Er ist ungleich älter als der grönländische und deutlich größer. Er entstand in einer dauerhaften Form vor etwa 34 Millionen Jahren. Heute ist er mit einer Fläche von etwa 14 Millionen Quadratkilometern rund acht Mal so groß wie der Eisschild Grönlands. An den höchsten Stellen erreicht er fast fünf Kilometer Dicke.

Den größten Teil des eisbedeckten Südkontinentes bildet die Ostantarktis, nach Westen erstrecken sich die Westantarktis und die antarktische Halbinsel. Die Ost- und Westantarktis sind durch das Transantarktische Gebirge getrennt. So gliedert sich der Eisschild in drei Teile – den ostantarktischen und den westantarktischen Eisschild, und die Eisgebiete entlang der gebirgigen antarktischen Halbinsel. Sie sind derzeit unterschiedlich stark von der Erderwärmung betroffen, Veränderungen in den Temperaturen von Atmosphäre und Ozean spielen an verschiedenen Stellen eine Rolle. 

Erhebliche Teile des westlichen Eisschildes liegen unterhalb des heutigen Meeresspiegels. Das Eis ruht weit unter der Wasseroberfläche auf dem geologischen Untergrund, nur ein kleiner Teil ragt aus dem Wasser. Über zahlreiche Gletscher und Eisströme fließt Eis zu den Rändern des Eisschildes und in das umliegende Meer. Verbunden mit dem Eisschild treibt es als mächtiges Schelfeis auf der Wasseroberfläche. Um die Antarktis herum finden sich eine Vielzahl ausgedehnter Schelfeisflächen. Sie säumen etwa die Hälfte des antarktischen Eisschilds, halten das nachfließende Eis zurück und verlangsamen dessen Abfluss. 

Erwärmt sich aber das Wasser unter den Schelfeisflächen, beginnen sie von unten zu schmelzen und werden dünner. Ihre Rückhaltekraft nimmt ab, so dass das Eis immer schneller ins Meer abfließt. Je schneller es fließt, desto dünner wird der Gletscher landeinwärts. Ab einer bestimmten Dicke verliert das Eis den Kontakt zum Untergrund und schwimmt auf. So löst sich der Eisschild von den Rändern aus zunehmend vom darunter liegenden Land und zieht sich zurück. Den Bereich, an dem das Eis noch Kontakt zum Untergrund hat, nennt man Aufsetzlinie. Das warme Ozeanwasser folgt der zurückweichenden Aufsetzlinie. Besonders ausgeprägt ist das Zurückweichen dort, wo der Untergrund zum Landesinneren hin abfällt. Dort zieht sich der Eisschild in immer tiefer unterhalb des Meeresspiegels liegende Gebiete zurück. 

Von unten schmilzt nun das wärmere Wasser zunehmend das Eis, oben wird immer mächtigeres Eis in Richtung der Ränder nachgeschoben – die Schmelze und der Eistransport nehmen Fahrt auf. Der Eisstrom beschleunigt sich, je weiter die Aufsetzlinie ins Landesinnere vorrückt. Dieser sich selbst verstärkende Vorgang wird als Marine Ice Sheet Instabilität (MISI) bezeichnet und bereitet Polarforschenden große Sorgen. Modellgestützte Vorhersagen und paläontologische Belege deuten darauf hin, dass er jenseits einer bestimmten Erwärmung im umgebenden Ozean nicht mehr aufzuhalten ist. Während der grönländische Eisschild vorwiegend aufgrund der steigenden Lufttemperaturen schmilzt, wird dem antarktischen Eis die Erwärmung des Ozeans und der schnellere Abtransport des Eises zum Verhängnis. Insbesondere der westantarktische Eisschild, der auf tieferen Landmassen aufliegt, verliert seit Jahrzehnten an Masse. Die Westantarktis gilt bereits bei der heutigen Erwärmung als besonders anfällig für langfristig selbstverstärkenden Eisverlust. Sollten das Schelfeis und der Eisschild der Westantarktis vollständig abschmelzen, stiege der Meeresspiegel weltweit um drei bis vier Meter. Der fortschreitende Eisverlust verändert zudem die Albedo, Ozeantemperaturen und Strömungen auf und um den antarktischen Kontinent. Ganze Ökosysteme geraten unter Druck, weil ihnen das Eis als Lebensraum fehlt und die Temperaturen und Nährstoffgehalte der Gewässer sich verändern. Die Folgen werden in den Nahrungsnetzen der weltweiten Ozeane und Küstengebiete spürbar. 

Der Eisschild der Ostantarktis liegt größtenteils über dem Meeresspiegel auf dem Kontinent auf. Doch auch er hat Schwachstellen gegenüber der ozeanischen Erwärmung: ausgedehnte, unter dem Meeresspiegel liegende Senken. Zu ihnen zählt das Wilkes-, Aurora- und das weiter westlich gelegene Recovery-Becken. Anhand von Satellitenaufnahmen und Sondenmessungen beobachten Forschende, wie warmes Meerwasser stellenweise in diese Senken eindringt. 

Die Eisschilde von Grönland, der Westantarktis und der Ostantarktis gelten als Kern-Kippelemente des globalen Klimasystems. Während Grönland und die Westantarktis schon bei den heutigen Temperaturen empfindlich reagieren, würde ein vollständiger Zusammenbruch des ostantarktischen Eisschildes erst bei einer anhaltenden globalen Erwärmung von etwa fünf Grad über vorindustriellen Niveau wahrscheinlich. Bis die gesamte Ostantarktis eisfrei wäre, würden Modellrechnungen zufolge mehr als zehntausend Jahre vergehen. Einige tiefliegenden Becken des östlichen Kontinentes gelten allerdings bei einer Erwärmung von zwei Grad als instabil und könnten bei Überschreiten dieses Wertes langfristig eisfrei werden. Der Ostantarktische Eisschild könnte sich dann über viele tausend Jahre zurückziehen, deutlich langsamer als die Eisschilde der Westantarktis und Grönlands. Der gesamte Ostantarktische Eisschild enthält das Äquivalent von etwa 52 Metern Meeresspiegelanstieg. Einzelne Becken tragen dazu jeweils mehrere Meter bei. Ein vollständiges Abschmelzen würde Klima und Ökosysteme der Antarktis und weit darüber hinaus tiefgreifend verändern.

Die Erderwärmung wird auch in kalten Höhenregionen der Welt immer deutlicher spürbar. Berggletscher, die in Hochlagen auf fast allen Kontinenten vorkommen, verlieren seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert weltweit an Masse. Seit den 1990er Jahren hat sich der Schwund deutlich beschleunigt. Im September 2025 machte der Watzmann in den Berchtesgadener Alpen traurige Schlagzeilen: Die Eiskapelle, eine berühmte Formation im Gletschereis, stürzte ein. Schneearme Winter und heiße Sommer hatten die Struktur in den letzten Jahren besonders geschwächt.

An vielen Gletschern wirken verstärkende Mechanismen wie die Kopplung zwischen Eisdicke und Höhenlage: Wird der Gletscher dünner, sinkt seine Oberfläche in immer wärmeren Luftschichten, was das Schmelzen weiter verstärkt. Taut der Winterschnee früh im Jahr oder fällt immer öfter Regen statt Schnee, wird dunkles Eis freigelegt. Es absorbiert mehr Strahlung als Schnee, was das Schmelzen beschleunigt. Aufgeheizter Fels und Geröll verstärken diesen Effekt lokal. Auch dünner Schutt auf der Oberfläche befördert das Schmelzen. Diese Effekte sind in den verschiedenen Erdregionen ähnlich und treten durch die Erwärmung zeitgleich auf. „Wenn es in den Höhenlagen keine Bereiche mehr gibt, die die Gletscher hangabwärts mit Eis versorgen, sind sie auf menschlichen Zeitskalen unwiederbringlich verloren“, sagt Glaziologe Ingo Sasgen. Gletscher beheimaten ganz eigene Ökosysteme und dienen Mensch und Natur als wichtige saisonale und langfristige Wasserspeicher. Mit dem Schwund der Gletscher verändert sich die Lebenswelt vieler Tiere und Pflanzen, Arten gehen verloren. Der Wasserhaushalt und die Versorgung vieler Menschen weltweit mit Frischwasser ist gefährdet. 

Von Permafrost spricht man, wenn Böden mehrere aufeinander folgende Jahre dauerhaft gefroren sind. Permafrostböden machen etwa ein Sechstel bis ein Fünftel der Landfläche der Nordhalbkugel aus. Sie finden sich vor allem in Russland, aber auch in Kanada, den USA (Alaska), in Norwegen und Grönland sowie auf der tibetischen Hochebene. In der Regel tauen die oberflächennahen Schichten (sogenannte Auftauschichten) in warmen Monaten des Jahres auf. Darunter können die Böden je nach Region bis zu mehrere hundert Meter und im zentralen Teil Jakutiens bis zu 1.500 Meter tief gefroren sein. 

Je nach Beschaffenheit des Untergrundes reagieren Permafrostböden sehr unterschiedlich auf Erwärmung. Auf lokaler und regionaler Skala beobachten Forschende Anzeichen abrupter Tauprozesse. Wo massives Eis im Boden eingeschlossen ist – in Hohlräumen oder keilförmig in Bodenspalten – kann die Oberfläche in Folge des Abschmelzens stark einsinken. Es bildet sich eine ungleichmäßige Landschaft aus Gräben, Tümpeln und großen Seen. Weil das sich sammelnde Oberflächenwasser Wärme in den Boden leitet, beschleunigt sich das Abtauen des Permafrosts. In manchen Gegenden Sibiriens stellen solche plötzlichen Veränderungen schon jetzt viele Menschen und ganze Ökosysteme vor große Herausforderungen. Mit steigenden Temperaturen wird abrupter Wandel in der Landschaft einzelner Regionen wahrscheinlicher. Forschende schätzen, dass solche selbstverstärkenden Prozesse auf einem Fünftel der arktischen Permafrostflächen auftreten könnten.

Andere Flächen tauen Stück für Stück, umso tiefer je höher die globale Temperatur steigt. Weltweit betrachtet taut der Permafrost, wenn auch stellenweise abrupt, in etwa im Gleichschritt mit dem Klimawandel. Die Sommer werden länger und die Winter reichen nicht immer aus, um die Auftauschicht wieder gefrieren zu lassen. Ob abrupt oder graduell: Mit dem Auftauen der Böden setzt der Abbau von Pflanzenresten ein, die der Dauerfrost konserviert hat. Dabei wird Kohlenstoffdioxid und auch Methan freigesetzt, das wiederum den Treibhauseffekt verstärkt. Diese Rückkopplung wird als Permafrost-Kohlenstoff-Klima Feedback bezeichnet. Allein die oberen drei Meter der gefährdeten Böden enthalten mehr Kohlenstoff als die gesamte heutige Atmosphäre. Und die mikrobiellen Abbauprozesse erwärmen den Boden und könnten das Tauen noch beschleunigen. Wie stark die Rückkopplung tatsächlich ausfallen wird und über welche Zeiträume das Tauen voranschreiten könnte, ist jedoch unsicher. Zusammengenommen weisen derzeitige Befunde darauf hin, dass das Tauen der Permafrostböden auf globaler Skala im Verhältnis zum Anstieg der Temperaturen erfolgen wird. Ein weltweites abruptes, unaufhaltsames Tauen halten Forschende eher für unwahrscheinlich. Sollte es eintreten, tauen die Permafrostregionen im Norden wesentlich schneller auf, als die oben beschriebenen Eisschilde. Über wenige Jahrzehnte bis Jahrhunderte könnten sie unwiederbringlich verloren gehen.