Woher kommt das Eis auf Grönland?

Grönland war nicht immer eisig – erst vor etwa 2,7 Millionen Jahren erhielt die arktische Insel ihre Eiskappe. Europäische Geologen haben nun aufgeklärt, welche Prozesse diese Vergletscherung ermöglicht haben: Auf drei verschiedenen Wegen kühlte Grönland so weit ab, dass das Eis die Insel bedecken konnte.

Grönland liegt hoch im Norden und ist von Eis und Schnee bedeckt – diese Vorstellung ist für uns heute selbstverständlich. Das war jedoch nicht immer so: Geologisch gesehen ist Grönland erst eine relativ kurze Zeit vereist. Vor etwa 2,7 Millionen Jahren erhielt die Insel ihre Eisdecke – davor war sie mehr als 500 Millionen Jahre lang weitgehend eisfrei. Wie es dazu kam, dass Grönland heute so eisig ist, haben Wissenschaftler um Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) in Potsdam nun aufgeklärt: Gleich drei geologische Prozesse waren dazu nötig.

Gesteinsproben aus den Bergen im Osten Grönlands zeigten den Forschern, dass die hohen Berge in dieser Region erst während der letzten zehn Millionen Jahre herausgehoben wurden. Besonders rasch lief dieser Prozess während der letzten fünf Millionen Jahre ab – und im bergigen Osten Grönlands setzte auch die Vergletscherung zuerst ein: Die Berge erhoben sich schließlich in ausreichend kalte, höhergelegene Schichten der Atmosphäre.

Heißes Gestein unter Island

Motor dieser Gebirgsbildung war und ist auch heute noch heißes Gestein, das aus dem tiefen Erdmantel unter Island aufsteigt. „Dieser aufgestiegene heiße Gesteinsbrei fließt unter der Lithosphäre nach Norden, also Richtung Ostgrönland,“ erklärt Steinberger. „Da diese Gesteinsblase unter Island, der Island-Plume, manchmal stärker und manchmal schwächer wird, lassen sich Hebungen und Senkungen dort erklären.“

Schematische Darstellung der Vorgänge, die der Vergletscherung im Osten von Grönland vorausgingen: Vor ca. 60 Mio Jahren wurde die Lithosphäre dort durch den Island Plume verdünnt (roter Kreis). In jüngerer Zeit floss Plume-Material nordwärts (rosa Pfeile) und hob die verdünnte Lithosphäre an. Durch Plattentektonik bewegte sich Grönland nach Norden (dunkelblau; Lage vor 60 bis 0 Mio. Jahren). Durch echte Polwanderung (grüner Pfeil) verschob sich die Erdachse, wodurch Grönland noch näher an den Nordpol kam. © B. Steinberger, GFZ

Seismologische Untersuchungen zeigen außerdem: Die Lithosphäre, also die Erdkruste und der obere, feste Anteil des Erdmantels, ist im Osten Grönlands mit nur rund 90 Kilometern ungewöhnlich dünn. Mit Computer-Modellrechnungen rekonstruierte Steinberger die Lage der tektonischen Platten vor 60 bis 30 Millionen Jahren und konnte feststellen, dass der Island-Plume sich damals genau unter diesem Teil von Grönland befunden hat. Dadurch schmolz die Lithosphäre zu der dünnen Schicht zusammen, die sie heute ist. Geschmolzenes Gestein konnte so bis fast unter die Oberfläche strömen und die darüber liegende Lithosphäre vergleichsweise einfach anheben.

Tektonische Wanderung und verlagerte Erdachse

Der Island-Plume blieb jedoch an Ort und Stelle im Erdmantel, während Grönland durch die Plattentektonik langsam nordwärts driftete. In den letzten 60 Millionen Jahren verschob sich die Insel um immerhin sechs Breitengrade in Richtung Nordpol. Dadurch wurde das grönländische Klima noch kälter, was ebenfalls die Vergletscherung beschleunigte.

Und noch ein weiterer Effekt kühlte Grönland ab: die sogenannte „Echte Polwanderung“. Nicht nur trieb Grönland in Richtung Norden – auch die Erdachse verlagerte sich, so dass der Nordpol in Richtung Grönland wanderte. „Unsere Berechnungen ergaben, dass sich während der letzten 60 Millionen Jahre die Erdachse um etwa zwölf Grad auf Grönland zubewegte,“ so Steinberger. Zusammen mit der tektonischen Wanderung verschob sich Grönland also um insgesamt 18 Grad nordwärts. Es befand sich nunmehr weit genug im Norden und seine Gebirgsgipfel im Osten waren hoch genug, um die Vergletscherung in Gang zu setzen. (Terra Nova, 2015; doi: 10.1111/ter.12133)

(Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, 07.01.2015 – AKR)