Klimawandel und Gletschergeschichte am Kilimanjaro

Gletscher haben im 20. Jh. weltweit starke Rückgänge erfahren, was auch für Gletscher in den Tropen gilt. Obwohl die Gletscher am Kilimanjaro (Tansania) ähnliche Charakteristika wie andere tropische Gletscher aufweisen (starke Empfindlichkeit auf Klimaelemente, die von der Luftfeuchtigkeit gesteuert werden), verlangt die Untersuchung ihres Verhaltens eine spezielle Sichtweise. Diese ist notwendig, da am Kilimanjaro zwei verschiedene Gletschersysteme existieren: die tafelförmigen Gletscher auf dem Gipfelplateau und die Hanggletscher unterhalb des Gipfelplateaus auf den steilen Flanken des Berges. Plateaugletscher sind von seitlich zurückweichenden, vertikalen Eiskliffs umrandet, die zu einer stetigen Abnahme der Ausdehnung von Plateaugletschern führen - selbst wenn sich auf deren horizontalen Oberflächen Schnee und folglich Gletschermasse ansammelt. Ein Vorprojekt konnte belegen, dass die klimatische Hauptursache für den seit 1880 andauernden Rückgang der Gletscher am Kilimanjaro ein regional trockeneres Klima seit dem späten 19. Jh. ist. Ebenso wurde klar, dass das gegenwärtige Klima die Gletscher nahe an das vollständige Verschwinden drängt. Dies wirft wiederum die Frage auf, unter welchen Klimabedingungen sie überhaupt existieren und sich bilden konnten. Das beantragte Projekt setzt sich daher das Ziel, eine mindestens 500 Jahre umfassende Zeitreihe des Gletscherverhaltens am Kilimanjaro zu rekonstruieren. Da andere Rekonstruktionen (v.a. Seespiegelstände) andeuten, dass die regionalen Klimaschwankungen vor 1880 größer als nachher waren, scheint es möglich, dass die Gletscher am Kilimanjaro eine relativ kurze Lebenszeit und daher ein zyklisches Verhalten aufweisen. Im vorgeschlagenen Projekt werden meteorologische Messungen im Gipfelbereich des Kilimanjaro dazu dienen, ein Massenbilanzmodell anzutreiben, zu kalibrieren und zu validieren. Dieses an der Physik der Gletscher orientierte Modell quantifiziert den Massenaustausch zwischen Gletscher und Atmosphäre. Input-Daten, die mehrere Jahrhunderte umfassen, sollen schließlich aus Simulationen des Paläoklimas mit gekoppelten Zirkulationsmodellen (globale Klimamodelle) kommen. Um den Klimamodell-Output auf die lokalen Verhältnisse am Kilimanjaro zu transferieren, ist eine Regionalisierungstechnik (statistisches Downscaling) notwendig. Durch die Anwendung des regionalisierten Datensatzes auf das Massenbilanzmodell entsteht im letzten Schritt eine mindestens 500-jährige Reihe des Gletscherverhaltens (und potenzieller Zyklizität) am Kilimanjaro, die mit (a) anderen Rekonstruktionen von klimaempfindlichen Umweltsystemen (Seestände, Eisbohrkerne) und (b) der großräumigen Klimadynamik im Zirkulationsmodell verglichen werden kann. Der experimentelle Teil des Projekts betrifft die Modellierung der vertikalen Eiskliffs sowie die Erzeugung zeitlich hochaufgelöster lokaler Daten aus dem globalen Klimamodell. Sollte sich die Verkettung aus Modellen bewähren, ergibt sich ein System, das auch zur Vorhersage des Gletscherverhaltens im 21. Jh. verwendet werden kann.

Das Projekt hatte das Ziel, die langfristige Beziehung zwischen Klima und Gletscher am Kilimanjaro (Ostafrika) zu untersuchen und darin die Rolle der Eiskliffe zu klären, die die Plateaugletscher seitlich begrenzen. Wir hielten uns dabei an zwei Prinzipien: (a) die Verknüpfung verschiedener Raum-Zeit-Skalen im Klimasystem und (b) Anwendung physikalischer Gesetzmäßigkeiten (anstatt statistischer Beziehungen). Hauptresultate sind: (1) Im letzten Jahrtausend schwankte die Größe der Gletscher am Kilimanjaro im Einklang mit feuchten und trockenen Perioden des regionalen Klimas. (2) Basierend auf dem größten verbliebenen Hanggletscher quantifizierten wir das lokale Klima am Gipfel während des letzten Maximalstandes (spätes 19. Jh.). Dieses zeichnete sich durch 200 40 mm mehr Niederschlag pro Jahr im Vergleich zu heute aus. (3) Diese Gletscherschwankungen sind daher niederschlagsgesteuert und somit ein schlechter Indikator für die globale Erwärmung. Sie sind jedoch ein exzellenter Indikator für dynamische Verknüpfungen im Klimasystem, denn das oben genannte lokale und regionale Klima werden von der großräumigen Anordnung der Temperatur im Indischen Ozean und der atmosphärischen Zirkulation darüber gesteuert. (4) Die Eiskliffe am Gipfelplateau sind primär Ost-West ausgerichtet. Unserer Untersuchungskliff (südexponiert) weist starken Rückzug während der besonnten Periode ( 13 cm/Monat) und wenig Rückzug ( 1 cm/Monat) in jenem Zeitraum auf, in dem die Sonnenbahn nördlich des Berges verläuft. Die besondere Strahlungsgeometrie in der Nähe des Äquators ist somit der Hauptfaktor für den Massenverlust der Kliffe. (5) Die Bildung der Eiskliffe ist unvermeidbar in trockenem Klima (wie gegenwärtig). Sobald die Kliffe existieren, beträgt der "Lebenszyklus" der Plateaugletscher 165 10 Jahre. Gesellschaftlich relevante Aspekte unserer Ergebnisse sind: (1) Der beobachtete Rückzug der Kilimanjaro-Gletscher ist ein weiterer Beweis für ein überdurchschnittlich trockenes Klimas in Ostafrika seit ca. 120 Jahren. Maßnahmen zur Anpassung an das geänderte Klima müssen daher Änderungen im Wasserangebot besonders berücksichtigen. (2) Unsere Studien zeigen weiters, dass die vom Mensch beeinflusste Vegetationsänderung am Hang des Berges den Niederschlag im Waldgürtel reduziert. Da der Waldgürtel die größte Frischwasserreserve für die lokale Bevölkerung ist, gilt es die illegale Abholzung unbedingt zu verhindern. (3) Im Kontext des Klimawandels haben wir einen Schlüssel im Klimasystem identifiziert, um die Verschiebung von Niederschlagszonen im sich erwärmenden Klima zu verstehen. Dies ist essenziell für die Abschätzung des zukünftigen Niederschlags in den Tropen, wo menschliche Aktivität am stärksten vom Wasserangebot beeinflusst wird.