Klimaantrieb und Gletscheränderungen in Grönland

Grönlands Eismassen erfahren durch den menschengemachten Klimawandel derzeit besonders starke Änderungen. Die beobachteten Zeitreihen von atmosphärischen Bedingungen und den Auswirkungen auf die Gletscheroberfläche sind auf die letzten Jahrzehnte beschränkt. Eine längere Perspektive ist besonders wichtig, wenn wir realistische Rekonstruktionen der Vergangenheit oder Modellierungen der Zukunft erreichen wollen, ist aber üblicherweise auf indirekte Proxies beschränkt. In dem Projekt WEG_RE Centennial Climate Drivers of Glacier Changes in Greenland wird ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt um unser Verständnis zwischen Gletscheränderungen und den zugrunde liegenden klimatischen Treibern zu verbessern. Die Grundlage bilden Archivdaten der legendären Expedition des in Graz wirkenden Forschers Alfred Wegener aus den Jahren 1929-1931. In dieser aufwändigen Expedition wurden klimatologische und glaziologische Daten erhoben, die hervorragend dokumentiert für das Projekt in den Archiven der Universität Graz zur Verfügung stehen. Klimatologisch sind diese von besonderer Relevanz, da sie im Kern einer kurzen Warmphase war, in der die Lufttemperaturen ähnlich den derzeit beobachteten lagen. Außerdem stehen sie in einer für die Zeit einzigartigen zeitlichen Auflösung zur Verfügung. Fast ein Jahrhundert später werden wir daher an genau den gleichen Messstandorten und unter ähnlichen atmosphärischen Bedingungen allerdings unter fundamental geänderten geometrischen Randbedingungen dieselben Parameter wieder über drei Jahre hinweg beobachten und das Monitoring um moderne Methoden basierend auf künstlicher Intelligenz und innovativer Prozessstudien erweitern. Mittels Modellierungen und Ansätzen aus dem Bereich Deep Learning, werden Muster miteinander verglichen und Rückkopplungsmechanismen auf lokaler Skala quantifiziert. Dynamische Modelle werden dann in einem nächsten Schritt dazu verwendet, Sensitivitätsstudien durchzuführen. Damit können wir bestimmen, welche entscheidenden Faktoren die beobachteten Änderungen hervorrufen und wie sich die Systeme Gletscher und Atmosphäre gegenseitig beeinflussen. Die Ergebnisse erhalten dadurch eine weitere räumliche Relevanz, da die geometrische Konfiguration des Untersuchungsgebiets repräsentativ für weite Teile des grönländischen Zehrgebiets ist. Eine wichtige Komponente der Arbeit wird auch die Interaktion und Einbindung der grönländischen Bevölkerung sein. Dabei werden wir logistisch von lokalen Operateuren unterstützt und am Projektende werden die Ergebnisse der Forschung in den benachbarten Siedlungen präsentiert. Weitere Outreachaktivitäten sind über das Kernprojekt hinaus bereits konzipiert. Das Projekt wird in einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Graz, dem KnowCenter Graz, der Universität Fairbanks, Alaska und GEUS, Dänemark stattfinden.

Vor fast einem Jahrhundert führte der legendäre Geowissenschaftler Alfred Wegener bahnbrechende Expeditionen nach Westgrönland durch und dokumentierte akribisch Gletscher, Wetter und Schneeverhältnisse. Die Ergebnisse blieben fast ein Jahrhundert lang weitgehend ungenutzt - nicht zuletzt aufgrund seines tragischen Todes am grönländischen Eisschild im November 1930. Das vom FWF geförderte Projekt WEG_Re hatte es zum Ziel, diese historischen Beobachtungen wieder aufzugreifen und mit moderner Klimawissenschaft, künstlicher Intelligenz und Feldmessungen zu verbinden, um zu verstehen, was sich in einer der klimasensitivsten Regionen der Welt verändert hat. Grönland steht im Zentrum der globalen Klimadynamik. Sein Eisschild enthält genug Wasser, um den globalen Meeresspiegel um mehr als sieben Meter ansteigen zu lassen, und die Arktis erwärmt sich etwa viermal schneller als der globale Durchschnitt. Zu verstehen, wie sich das Zusammenspiel zwischen Grönlands Eis und Atmosphäre im vergangenen Jahrhundert entwickelt hat, ist entscheidend für die Projektion der künftigen Klimaentwicklung weltweit. Das an der Universität Graz verankerte Projekt WEG_Re folgte Wegeners Spuren in Westgrönland, erschloss historische Daten und verknüpfte sie mit modernen Satellitenbeobachtungen, automatischen Wetterstationen und hochmodernen Reanalysedatensätzen. Ein zentrales Ergebnis: Großräumige atmosphärische Zirkulationsmuster spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Erwärmungsperioden in Grönland - einschließlich der dramatischen Erwärmung im frühen 20. Jahrhundert, die eine starke Ähnlichkeit mit den jüngsten Jahrzehnten aufweist. Dies deutet darauf hin, dass sowohl natürliche Variabilität als auch der menschgemachte Klimawandel die Arktis auf eine Weise prägen, die historische Aufzeichnungen helfen können zu entschlüsseln. Das Projekt untersuchte auch, wie künstliche Intelligenz die Lücke zwischen spärlichen historischen Beobachtungen und den dichten Datensätzen moderner Klimawissenschaft schließen kann. Machine-Learning-Methoden wurden eingesetzt, um Zusammenhänge zwischen großskaligen atmosphärischen Antrieben und lokalem Gletscherverhalten zu identifizieren - ein Ansatz, der weit über Grönland hinaus Potenzial hat. Darüber hinaus unterstreicht das Projekt den Wert kurzer historischer Beobachtungszeitreihen zur Biaskorrektur von Reanalyseprodukten. Als ergänzendes, opportunistisches Ergebnis dokumentierte WEG_Re die Entstehung, Ausdehnung und den Rückgang von Aufeis - ausgedehnten saisonalen Eisflächen in Gletschervorfeldern, die eine bislang wenig erforschte, aber bedeutende Rolle in der lokalen Hydrologie und für Ökosysteme spielen. Feldexpeditionen nach Uummannaq und zum Qaamarujup Sermia lieferten Messdaten vor Ort und ermöglichten deren Einbettung in längere Zeitskalen. Das Projekt brachte eine Reihe an Peer-Review-Publikationen, Dutzende Konferenzbeiträge an führenden internationalen Veranstaltungsorten und eine bemerkenswerte öffentliche Präsenz hervor: von einer ARD-Fernsehdokumentation mit Millionen von Zuseher*innen über Schulvorträge in Österreich und Grönland bis hin zu Interviews im österreichischen öffentlichen Rundfunk. Wissenschaftskommunikation war dabei eine tragende und wichtige Säule des Projekts, die wir künftig weiter ausbauen wollen.