8 % Hohlraum statt Eis: Was Forscher im Gornergletscher finden, überrascht sie selbst
Von oben wirkt ein Gletscher oft stabil. ETH-Forschende haben auf dem Gornergletscher erstmals vermessen, wie zerrüttet das Eis unter der Oberfläche wirklich ist. Das Ergebnis überraschte selbst die Forschenden.
Alpinisten überqueren den Gornergletscher: Die sichtbaren Spalten sind kalkulierbar. Gefährlich sind die Risse, die von oben niemand sieht.
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Foto: picture alliance / blickwinkel/G. Fischer | G. Fischer
Das schwarze Kabel hatte für die Forschenden einen praktischen Vorteil: Die Sonne erwärmte es tagsüber, sodass es leicht in die Oberfläche des Gornergletschers einschmelzen konnte. Nachts fror es dort fest; besser kann ein Sensor kaum mit dem Eis verbunden sein. Das Kabel maß an Hunderten Stellen auf einmal, denn praktisch jeder Abschnitt der Glasfaser ließ sich als eigener Messpunkt nutzen.
Ein Team um Thomas Hudson, Assistenzprofessor für Geophysik an der ETH Zürich, hat auf diese Weise ein Spaltenfeld auf dem Gornergletscher im Wallis durchleuchtet, dem zweitgrößten Gletscher der Schweiz. Das Ergebnis der Studie, erschienen im Fachjournal Science Advances, überraschte die Forschenden. Rund 8 % des untersuchten Eisvolumens entfallen auf offene Brüche und Spalten. Anders gesagt entfällt rund ein Zwölftel des untersuchten Volumens rechnerisch auf Brüche und Hohlräume. „Das ist viel mehr, als wir erwartet haben“, sagt Hudson. Ein Warnsignal muss diese Zahl aber noch nicht sein.
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Der gefährliche Teil eines Gletschers ist nicht immer sichtbar
Satelliten, Flugzeuge und Drohnen können Gletscher heute ziemlich gut von oben beobachten. Sie erkennen, wo sich die Oberfläche verändert, wie schnell das Eis fließt und wo große Spalten aufreißen. Was darunter passiert, entzieht sich jedoch weitgehend ihrem Blick.
Dabei können gerade die verborgenen Risse einen Gletscher aus dem Gleichgewicht bringen. Füllt sich eine Spalte mit Schmelzwasser, drückt das schwere Wasser gegen die Wände und treibt den Riss tiefer ins Eis, ähnlich wie ein Keil, der in einen Holzscheit geschlagen wird. Erreicht das Wasser den Felsgrund unter dem Gletscher, wirkt es dort wie ein Schmierfilm. Das Eis rutscht schneller talwärts.
Unsichtbare Gefahr
Wie folgenreich das sein kann, zeigte die Marmolata in den Dolomiten. Am 3. Juli 2022 lösten sich dort laut der ETH-Studie rund 70.400 m³ Eis und Schutt, elf Menschen starben. Eine spätere Untersuchung im Fachjournal Geomorphology kam zu dem Ergebnis, dass ungewöhnlich viel Schmelzwasser und der dadurch aufgebaute Wasserdruck den Kollaps wesentlich begünstigt hatten. Die Abbruchfläche verlief entlang einer großen, teilweise wassergefüllten Spalte.
Beim Birchgletscher oberhalb von Blatten wirkte ein anderer Mechanismus: Dort kollabierte das Eis am 28. Mai 2025 unter Millionen Tonnen Gestein, die zuvor vom Kleinen Nesthorn auf den Gletscher gestürzt waren. Ob und wie stark Vorgänge im Inneren des Eises zum endgültigen Bruch beitrugen, ist laut ETH Zürich bis heute nicht restlos geklärt.
Beben im Gletscher
Wenn im Gletscher eine Spalte aufbricht, entsteht ein winziges Beben. Glaziologen zeichnen solche Erschütterungen seit Langem mit Seismometern auf, den gleichen Geräten, die auch Erdbeben registrieren.
Die Geräte messen allerdings immer bloß an einem Punkt und sind teuer. Jede Installation in einem Spaltenfeld ist zudem mühsam und riskant. Mehr als ein paar Dutzend kommen deshalb selten zusammen.
So funktioniert die Messung via Glasfaser
Hudsons Team verlegte stattdessen im Oktober 2023 ein 1 km langes Glasfaserkabel im Zickzack über das Spaltenfeld. Hinzu kamen 29 klassische Sensoren zum Vergleich.
- Am Ende des Kabels sitzt ein Messgerät, das Lichtpulse durch die Faser schickt.
- Ein winziger Teil des Lichts wird im Glas zurückgeworfen.
- Läuft eine Erschütterung durchs Eis, wird die Faser an dieser Stelle minimal gedehnt oder gestaucht, und das zurückkommende Licht verändert sich messbar.
Aus einem Kabel wird so eine Kette aus Hunderten von Sensoren. Laut Studie erlauben sie rund 100-mal mehr Messpunkte als herkömmliche Technik. In nur sieben Tagen registrierte dieses System 1355 Eisbeben, im Schnitt also eines etwa alle 7 Minuten.
Was die Messdaten verraten
Das Erschütterungsmuster der stärksten Beben verweist darauf, wie genau das Eis bricht: Die Spalten werden überwiegend auseinandergezogen, quer zur Fließrichtung des Gletschers, so wie ein Teig reißt, den man in zwei Richtungen zieht. Aus der Stärke der Beben lässt sich errechnen, wie viel Hohlraum dabei jeweils entsteht.
Als zweiten Messwert nutzten die Forschenden die Geschwindigkeit der Bebenwellen. Quer zu den Spalten kommen die Wellen bis zu 20 % langsamer voran als parallel dazu, denn jeder Riss bremst sie. Aus dem Geschwindigkeitsunterschied lässt sich errechnen, wie dicht das Eis von Rissen durchzogen ist.
Beide Rechenwege landeten bei rund 8 % Bruchvolumen. Daraus schließen die Autoren, dass die Hohlräume im Eis vor allem durch Brüche entstehen und nicht durch Schmelzen von innen. Das ist insofern überraschend, als der Alpengletscher deutlich mehr Schmelzwasser produziert als die Eisschilde Grönlands oder der Antarktis.
Was die 8 % aussagen
Die Zahl gilt für das untersuchte Spaltenfeld, nicht für den gesamten Gornergletscher. Sie hängt zudem von Modellannahmen ab, etwa davon, ob die Risse mit Luft oder Wasser gefüllt sind. Und einen Grenzwert nach dem Muster „ab 10 % wird ein Gletscher instabil“ liefert die Studie nicht. Für eine echte Gefahrenprognose müsste man wissen, welches Schadensbild einem Abbruch vorausgeht.
Was also bringt die Methode? Die Autoren halten es für denkbar, mit der Technik instabile Hängegletscher in Echtzeit zu überwachen, sofern sich eine solche kritische Schwelle bestimmen lässt und vor Ort Strom verfügbar ist. Der Umstieg hat aber seinen Preis; das Glasfasersystem kostete rund dreimal so viel wie die klassischen Sensoren. Dafür ist es laut Studie deutlich schneller (in Stunden statt Tagen) verlegt und lässt sich sicherer über Spalten ziehen. Zudem liefert es alle Daten an einem einzigen Punkt ab, was die Fernüberwachung erleichtert. Das Zeitfenster für die Verlegung ist allerdings schmal: Die Spalten müssen schneefrei sein, nachts muss es frieren, damit das Kabel im Eis festwächst.
Hudson denkt bereits weiter, an instabile Gletscherfronten in den Alpen, vor allem aber an Grönland und die Antarktis, wo Spalten Schmelzwasser in die Tiefe leiten und den Eisverlust beschleunigen. „Unsere Methode könnte deshalb helfen, die Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels vorherzusagen“, sagt er. Der Weg dorthin führt über die Frage, welche Veränderung im Eis einem Abbruch vorausgeht. Solange sie offen ist, bleibt das Kabel auf dem Eis ein ungewöhnliches und ungewöhnlich gutes Messinstrument.
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