24. Sep. 2019
Ein Wissenschaftler der Università Milano-Bicocca auf dem Morteratsch-Gletscher im Engadin

Ein Wissenschaftler der Università Milano-Bicocca auf dem Morteratsch-Gletscher im Engadin

Viele Gletscher und die Eiskappen an den Polen gehören zu den entlegensten Gebieten der Erde. Doch selbst auf ihnen landen Staub und Dreck vom Rest der Welt, und das in gar nicht geringen Mengen. Auffällig wird das, wenn Schmelzwasser die Ablagerungen einsammelt und konzentriert. Dann entstehen dunkle Löcher in der blendend weißen Oberfläche, die schon von 150 Jahren dem schwedischen Polarforscher Adolf Erik Nordenskiöld im innergrönländischen Eis auffielen. Nordenskiöld nannte den tiefschwarzen Schlamm in den Löchern Kryokonit, heutige Eisforscher sehen in ihm ein interessantes Forschungsfeld.

"Kryokonit besteht nicht nur aus Mineralstaub, sondern auch aus organischem Material, es ist geradezu ein Brennpunkt des mikrobiellen Lebens", betont Giovanni Baccolo, Postdoc an der italienischen Universität Milano-Bicocca. Die Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in Wien widmete dem Material im April eine ganze Serie von Vorträgen. So bildet das Material die Basis für ein überraschend komplexes Ökosystem, aber es ist auch ein hervorragender Speicher für alle möglichen Umweltschadstoffe und insbesondere für radioaktive Substanzen.

Blick auf den Morteratsch-Gletscher im Oberengadin, rechts der Piz Bernina, der der Gruppe den Namen gibt.

Blick auf den Morteratsch-Gletscher im Oberengadin, rechts der Piz Bernina, der der Gruppe den Namen gibt.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Ein Kryokonit-Loch auf dem Longyearbreen Gletscher auf Spitzbergen.

Ein Kryokonit-Loch auf dem Longyearbreen Gletscher auf Spitzbergen.

Bild: Wikimedia Commons/Kertu Liis Krigul (CC BY-SA 4.0)
Giovanni Baccolo, Università Milano-Bicocca, sammelt Kryokonit-Proben auf dem Morteratsch-Gletscher, Oberengadin.

Giovanni Baccolo, Università Milano-Bicocca, sammelt Kryokonit-Proben auf dem Morteratsch-Gletscher, Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin zu Herbstanfang.

Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin zu Herbstanfang.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Kryokonit

Kryokonit

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Blick auf die geschichtete Front eines Gletschers, die durch die Bewegung des Eises entsteht.

Blick auf die geschichtete Front eines Gletschers, die durch die Bewegung des Eises entsteht.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Überfrorenes Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Überfrorenes Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Gletscherspalte mit Kryokonit auf dem Langjökull Gletscher auf Island.

Gletscherspalte mit Kryokonit auf dem Langjökull Gletscher auf Island.

Bild: Wikimedia Commons/Ville Miettinen (CC BY 2.0)
Kryokonit

Kryokonit

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Blick vom Morteratsch-Gletscher talwärts.

Blick vom Morteratsch-Gletscher talwärts.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Eisblumen an einem Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Eisblumen an einem Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
Schmelzwasserrinne auf der Oberfläche des sommerlichen Morteratsch-Gletschers im Oberengadin.

Schmelzwasserrinne auf der Oberfläche des sommerlichen Morteratsch-Gletschers im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo
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Blick auf den Morteratsch-Gletscher im Oberengadin, rechts der Piz Bernina, der der Gruppe den Namen gibt.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Ein Kryokonit-Loch auf dem Longyearbreen Gletscher auf Spitzbergen.

Bild: Wikimedia Commons/Kertu Liis Krigul

Giovanni Baccolo, Università Milano-Bicocca, sammelt Kryokonit-Proben auf dem Morteratsch-Gletscher, Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin zu Herbstanfang.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Kryokonit

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Blick auf die geschichtete Front eines Gletschers, die durch die Bewegung des Eises entsteht.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Überfrorenes Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Gletscherspalte mit Kryokonit auf dem Langjökull Gletscher auf Island.

Bild: Wikimedia Commons/Ville Miettinen

Kryokonit

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Blick vom Morteratsch-Gletscher talwärts.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Eisblumen an einem Kryokonit-Loch auf dem Morteratsch-Gletscher im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Schmelzwasserrinne auf der Oberfläche des sommerlichen Morteratsch-Gletschers im Oberengadin.

Bild: Uni MiB/Giovanni Baccolo

Giovanni Baccolo benutzt die Sedimente von den Gletscheroberflächen daher als Umweltarchiv. "Ich kann zwar keinen zeitlichen Ablauf konstruieren, aber ich kann mit hoher Detailgenauigkeit sagen, was in einem bestimmten Zeitraum auf den Gletscher abgeladen wurde", erklärt der italienische Geowissenschaftler. Er kann keine Chronologie aufstellen, weil das Schmelzwasser die Verunreinigungen aus dem Schnee vieler Jahren, je nach Gletscher sogar vieler Jahrzehnte herauslöst und zusammenmischt. Allerdings konzentriert es diese Spuren, so dass sich ein umso deutlicheres Signal ergibt.

Radioaktive Substanzen werden konzentriert

Das gilt insbesondere für die radioaktiven Stoffe, die sich auf dem Eis ansammeln, und die keineswegs alle natürlichen Ursprungs sind. "Wir haben uns auf die Radionuklide von fall-outs konzentriert, also von Kernwaffentests und Unfällen wie Tschernobyl oder Fukushima", berichtete etwa Caroline Clason von der Universität Plymouth in England in Wien, "und wir haben ziemlich hohe Gehalte an diesen Isotopen gefunden." So hat die Kryokonit-Probe vom Isfalls Glaciär im hohen arktischen Norden Schwedens doppelt so hohe Gehalte an Cäsium-137 enthalten wie die eisfreie Umgebung am Fuß des Gletschers. Das Gros dieser Belastung stammt aus dem Reaktorunfall von Tschernobyl vor 33 Jahren. Cäsium-137 hat eine Halbwertszeit von gut 30 Jahren, die damals freigesetzte Menge ist demnach heute erst zur Hälfte zerfallen. Isfalls Glaciär ist keineswegs ein Sonderfall. Alle 17 Gletscher, deren Kryokonit Clason und ihre Kollegen beprobt haben, wiesen mehr oder weniger deutliche Spuren von Radionukliden aus menschlicher Quelle auf. In den Proben von der Nordhemisphäre dominierten die Reaktorunfälle von Tschernobyl und Fukushima, in denen von der Südhemisphäre dagegen die der oberirdischen Atomwaffentests im Pazifik.

Inwieweit die Belastung des Kryokonits mit radioaktiven Stoffen ein Risiko darstellt, wird derzeit untersucht. "Wir wissen, dass die Belastung existiert und dass sie im Vergleich zum Rest der Umwelt enorm ist", so Caroline Clason, "aber auf der anderen Seite ist die Menge an Kryonit verglichen mit den anderen Sedimenten verschwindend gering." Die Forscher wollen jetzt untersuchen, ob die im Kryokonit angereicherten Radionuklide in die Nahrungskette und gelangen und über diese weiter konzentriert werden können. "Wir wissen, dass sich gefährliche Gehalte von Radionukliden im Fleisch von Rentieren und Elchen ergeben können, wenn sie radioaktiv belastete Moose und Flechten abweiden", so Clason. Diese Untersuchungen haben allerdings gerade erst begonnen.

Bakterien, Pilze und Bärtierchen

Wieso sich die Radionuklide, aber auch Schwermetalle und verschiedene Umweltschadstoffe in den dunklen Sedimenten anreichern, ist ebenfalls noch nicht wirklich klar. "Wir haben die vage Vermutung, dass es mit den Biofilmen zusammenhängt, die die Mikroben in dem Sediment bilden", berichtete die Geomikrobiologin Ewa Poniecka von der Universität Cardiff in Wales. Das schwarze Material in den Kryokonit-Löchern berherbergt ein überraschend vielseitiges Ökosystem. "Es ist dominiert von Bakterien, aber es gibt auch Pilze und Bärtierchen und einige Algen und Cyanobakterien, die die Basis des Nahrungsnetzes darstellen. Unter den Bakterien gibt es die unterschiedlichsten Gattungen, die das vielfältige, wenn auch nicht übermäßig üppige Nahrungsangebot optimal ausnutzen.

Poniecka hat die Bakteriengemeinschaften verglichen, die sie aus Kryokonitproben von den Eisschilden von Nord- und Südpol und von zahlreichen Gletschern erhalten hat. "Die Gemeinschaften von allen Gletschern weisen gewisse Ähnlichkeiten miteinander auf, aber die Überschneidungen zwischen den Proben von den beiden Polen sind größer, als die mit den alpinen Gletschern." Der Grund hierfür ist bislang nicht genau erforscht, Ewa Poniecka vermutete allerdings, "dass die Polargebiete bei weitem nicht so entlegen sind, wie wir denken". Möglicherweise werden die Bakterien an den Polen mit den globalen Windsystemen auf die Eisschilde geweht, während sie auf den alpinen Gletschern eher aus der Umgebung stammen.

Einzeller halten harscheste Bedingungen aus

Auf jeden Fall sind die Einzeller extrem hart im Nehmen. "Sie sind die Superhelden in den Kryokonit-Löchern", meinte Poniecka, und sie muss es wissen, denn sie hat die Gemeinschaften auf ihre Leidensfähigkeit getestet. "Ich habe sie wirklich mies behandelt", gab die Doktorandin zu. Dass die Einzeller Kälte aushalten, haben sie bereits durch ihren Lebensraum bewiesen, doch Poniecka setzte sie darüber hinaus auch starker UV-Strahlung aus, was die Einzeller gut etrugen. Die eigentliche Überraschung allerdings war, dass sie hohen Salzgehalt im Wasser tolerierten. "Das Gletscherwasser ist eigentlich nahezu reines Süßwasser, aber die Einzeller überlebten in meinen Versuchen bis zu zehn Prozent Salzgehalt." Zum Vergleich: das Wasser der Nordsee hat einen Salzgehalt von durchschnittlich 3,5 Prozent. Wieso Bakterien in einem nahezu salzfreien Milieu diese Eigenschaft besitzen, zählt zu den vielen ungelösten Fragen im Zusammen mit dem rätselhaften Gletschersediment, die eine wachsende Gemeinde von Geowissenschaftlern lösen wollen.