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KI-Plattform zeigt in Echtzeit, wie Seen in der Arktis verschwinden
Arktische Thermokarstseen können nach jahrhundertelangem Bestehen innerhalb kurzer Zeit auslaufen. Eine neue Datenplattform überwacht rund vier Millionen Seen und macht auffällige Wasserverluste nahezu in Echtzeit sichtbar. Seit 2016 haben knapp 10.000 Seen beträchtlich an Fläche verloren oder sind ganz verschwunden.
Potsdam (Deutschland). Wenn eisreicher Permafrost taut, verliert der Untergrund an Stabilität, während sich Senken mit Schmelzwasser füllen und über lange Zeit zu Thermokarstseen wachsen können. Solche Seen erwärmen den umliegenden gefrorenen Boden zusätzlich und machen zuvor eingeschlossenes organisches Material für Mikroben zugänglich, die daraus Kohlendioxid und Methan freisetzen können.
Die Gewässer gehören deshalb zu den auffälligsten Zeichen einer sich wandelnden Permafrostlandschaft, können aber selbst ebenso rasch wieder verschwinden. Wird das Ufer durch tauenden Boden instabil oder öffnet sich ein Abflusskanal, verliert ein See mitunter innerhalb weniger Stunden große Teile seines Wassers. Für Siedlungen in Permafrostgebieten betrifft diese Dynamik nicht nur die Landschaft, sondern auch Wasserressourcen und Infrastruktur.
Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) um Dr. Ingmar Nitze haben dafür die Plattform „Lost Lakes“ entwickelt. Karten, Zeitreihendiagramme und aktuelle Satellitenbilder zeigen für rund vier Millionen arktische Seen, wie sich ihre Wasserfläche verändert, wobei die längerfristige Auswertung bis ins Jahr 2016 zurückreicht.
„Für die lokalen Gemeinden sind sie von großer Bedeutung, denn oft sind sie die einzige Quelle für Trinkwasser“, sagt Dr. Ingmar Nitze.
Seit 2016 haben nach den neuen Auswertungen knapp 10.000 Seen beträchtlich an Fläche verloren oder sind ganz verschwunden. Die Häufigkeit schwankt stark im Jahresverlauf, denn besonders viele abrupte Entleerungen treten nach der Schneeschmelze zwischen Juni und Anfang August auf. In dieser Zeit können warme Temperaturen, schneereiche Winter und große Mengen Schmelzwasser zusammenwirken und seitliche Durchbrüche an instabilen Seeufern begünstigen.
Die Plattform verbindet damit zwei Zeitskalen, die bisher oft getrennt betrachtet wurden. Historische Reihen zeigen, ob ein Gewässer über Jahre hinweg schrumpft oder wächst, während neue Satellitenaufnahmen auffällige Veränderungen zeitnah sichtbar machen. So lässt sich ein aktueller Wasserverlust besser von der bisherigen Schwankungsbreite des jeweiligen Sees unterscheiden.
Wie stark solche Ereignisse ausfallen können, zeigt eine 2020 veröffentlichte Untersuchung aus Nordwest-Alaska, deren korrespondierender Autor Nitze ist. Das Team analysierte 4.605 Seen mit mehr als einem Hektar Fläche auf der nördlichen Seward- und der Baldwin-Halbinsel. Im Jahr 2018 verloren 192 davon mehr als ein Viertel ihrer ursprünglichen Wasserfläche, was etwa dem Zehnfachen der langfristigen durchschnittlichen Entleerungsrate entsprach.
Der Nettoverlust der gesamten Wasserfläche erreichte in diesem Untersuchungsgebiet rund vier Prozent, wobei einige sehr große Seen überproportional zum Rückgang beitrugen. Die Forscher bringen das Extremjahr mit einem außergewöhnlich warmen und niederschlagsreichen Winter in Verbindung, der den Permafrost an den Seeufern destabilisiert und zugleich viel Schmelzwasser bereitgestellt haben dürfte. Die Studie beschreibt diesen Zusammenhang als wahrscheinlichen Treiber und nicht als alleinige Ursache jedes einzelnen Ereignisses.
Besonders wichtig ist der Zeitpunkt der Veränderungen. Bei den größten untersuchten Seen konzentrierte sich der starke Flächenverlust auf die Phase der Schneeschmelze und des Eisaufbruchs Ende Mai und Anfang Juni. Das zeigt, wie rasch ein über lange Zeit bestehendes Gewässer reagieren kann, sobald Witterung, Wasserstand und instabiler Untergrund ungünstig zusammenkommen.