Subglazialer Wasserfluss und Eisdynamik während glazialer Seebrechfluten aus dem Weltraum beobachtet

Verborgene Fluten unter dem Eis

Hoch auf der Eisdecke Vatnajökull in Island brechen gelegentlich enorme Fluten unbemerkt unter mehreren hundert Metern Eis hervor, bevor sie am Rand des Gletschers zum Vorschein kommen. Diese Ausbruchsfluten aus Gletscherseen, Jökulhlaups genannt, können Flusstäler umgestalten, Straßen und Brücken bedrohen und bieten ein seltenes Fenster in das, was an der verborgenen Grenzfläche zwischen Eis und Gestein geschieht. Diese Studie nutzt Satelliten- und Feldinstrumente, um zwei solcher Ereignisse in Echtzeit zu beobachten und zu zeigen, wie Wasser unter dem Eis rasch fließt, sich staut und Wege ausschneidet — und wie diese geheime Hydraulik die Bewegung des Gletschers selbst steuert.

Wenn ein vergrabener See nachgibt

Unter dem Vulkan Grímsvötn, eingeschlossen von einer Eiskappe von bis zu 300 Metern Dicke, füllt sich ein subglazialer See langsam mit Schmelzwasser aus geothermischer Wärme, Eruptionen und Sommertau. Alle ein bis zwei Jahre sammelt sich so viel Wasser an, dass es beginnt, an einem Eisdamm vorbei zu sickern und unter dem Gletscher zu entweichen, wodurch eine Flut gespeist wird, die schließlich 50 Kilometer entfernt durch den Fluss Gígjukvísl ausbricht. Jahrzehntelang beobachteten Wissenschaftler diese Jökulhlaups hauptsächlich durch Messungen des ansteigenden Flusses, was jedoch nur einen entfernten Hinweis darauf gibt, was das Wasser auf seinem Weg durch Tunnel und Schichten unter dem Eis tut.

Die Eisbewegung aus dem All beobachten

In den Jahren 2021 und 2022 kombinierten die Autoren bodengestützte GPS-Stationen auf dem Eis mit häufigen Radaraufnahmen der ICEYE-Satellitenkonstellation. Radar kann winzige Änderungen in der Höhe und seitlichen Bewegung des Gletschers erkennen, selbst durch Wolken und Polarnacht hindurch. Durch das Zusammensetzen dieser Momentaufnahmen erstellte das Team dreidimensionale Karten davon, wie die Gletscheroberfläche vor, während und nach den beiden Jökulhlaups entlang des Flutweges anstieg, abfiel und beschleunigte. Sie nutzten auch hochauflösende optische Bilder, um die Form des vergrabenen Sees und des felsigen Tals zu rekonstruieren, was ihnen erlaubte abzuschätzen, wie viel Wasser gespeichert war und wohin es geflossen ist.

Flutwellen, verborgene Tümpel und flexendes Eis

Die Satellitenaufzeichnungen zeigen, dass die Ausbruchsfluten nicht einfach durch einen einzigen Tunnel wie Wasser in einem Rohr rasen. Stattdessen bildet sich nach einem anfänglichen Leck nahe dem See, das einen kleinen Durchgang ausschneidet, stromabwärts eine Engstelle, die das Wasser dazu zwingt, sich aufzubauen und sich dann als langsam wandernde Flutwelle unter dem Gletscher fortzupflanzen. Während sich diese Welle zur Eiskante hin bewegt, hebt sich das darüberliegende Eis lokal vom Grund um mehr als einen Meter über Flächen von mehreren zehn Kilometern Länge, wodurch riesige subglaziale Tümpel entstehen. Die Autoren berechnen, dass das in diesen Tümpeln vorübergehend gespeicherte Wasservolumen das weit übersteigt, was allein durch das Schmelzen von Eis entlang eines schmalen Kanals erzeugt werden könnte, was bedeutet, dass hydraulisches „Jacking“ des Eises weg vom Gestein den Großteil der Speicherung übernimmt.

Wechsel zwischen Schichten und Tunneln

Die detaillierten Muster von Hebung und Absenkung zeigen, dass sich der Ablauf der Entwässerung entlang der Flutroute ändert. Im steilen oberen Abschnitt nahe Grímsvötn sinkt die Gletscheroberfläche bei hohem Abfluss hauptsächlich, was mit schnellem Wasser übereinstimmt, das durch relativ enge, effiziente Kanäle fließt, die durch Schmelzen größer werden. Weiter talabwärts, wo der Untergrund sanfter ist, dominiert das Signal das Stauen und anschließende Einbrechen des Eises, wenn gespeichertes Wasser abläuft — ein Kennzeichen breitflächiger schichtartiger Strömung. In der Nähe des Gletscherendes zeigt sich ein schmales Band der Oberflächenabsenkung, das als letzter organisierter Tunnel erscheint, der Wasser in den Fluss ableitet. Während der Ereignisse kann die horizontale Geschwindigkeit des Gletschers auf ein Mehrfaches ihres üblichen Wertes anspringen, und diese Änderungen wellen sogar in Gebiete, die nicht direkt geflutet werden, was unterstreicht, wie empfindlich die Gletscherbewegung auf den Wasserdruck an ihrer Basis reagiert.

Ein neues Bild von Gletscherfluten und zukünftigem Eis

Indem die Seepegel, der Flussabfluss und weltraumgestützte Messungen der Eisdynamik verknüpft werden, schlägt die Studie ein einheitliches, schrittweises Bild davon vor, wie diese Jökulhlaups sich entwickeln: ein kleines Leck, ein wachsender Kanal, eine stromabwärts liegende Engstelle, eine fortschreitende Flutwelle, die Wasser staut und das Eis hebt, und schließlich das Wachsen und Schließen von Tunneln, die das System entwässern. Die Arbeit zeigt, dass reale Fluten Verhaltensweisen vermischen, die einst getrennten „langsamen“ und „schnellen“ Typen zugeschrieben wurden, und dass die vorübergehende Wasserspeicherung unter Gletschern enorm sein kann. Das Verständnis dieser verborgenen Hydraulik ist nicht nur für die Vorhersage gefährlicher Fluten entscheidend, sondern auch für die Prognose, wie Gletscher und Eisschilde auf veränderte Schmelzwassermengen in einer sich erwärmenden Klimazukunft reagieren werden.

Zitation: Magnússon, E., Drouin, V., Pálsson, F. et al. Subglacial water flow and ice dynamics during glacial lake outburst floods observed from space. Nat Commun 17, 3471 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70428-w

Schlüsselwörter: Ausbruchsfluten aus Gletscherseen, subglazialer Wasserfluss, Grímsvötn Island, Gletscherdynamik, satellitenradarbeobachtungen