Dennis Lenz
Rund 20 Millionen virtuelle Gesteinsbrocken sind durch eine Simulation der letzten Eiszeit gewandert und haben dabei ein altes geologisches Rätsel angerührt. Ein Forschungsteam der Universität Lausanne hat den Weg dieser Partikel über 22.000 Jahre hinweg durch das gesamte alpine Eisfeld verfolgt, mit einer räumlichen Auflösung von 300 Metern. Die Rekonstruktion erklärt, warum manche Findlinge aus Gesteinen bestehen, die in ihrem Fundgebiet gar nicht vorkommen. Möglich wurde die Rechenleistung erst durch Grafikprozessoren, wie sie sonst die künstliche Intelligenz antreiben. Ein Sonderfall bei Genf zeigt, wie stark das Modell etablierte Deutungen verschieben kann.
Findlinge sind die auffälligsten Zeugen der Eiszeit. Als Findling gilt in den Geowissenschaften ein einzeln liegender Felsblock von mehr als einem Kubikmeter Volumen, der nicht aus dem umgebenden Gestein stammt, sondern von einem Gletscher an seinen heutigen Platz getragen wurde. Im Alpenvorland liegen sie zu Tausenden, manche wiegen mehrere tausend Tonnen. Ihre mineralogische Zusammensetzung verrät zwar meist grob, aus welchem Massiv sie ursprünglich herausgebrochen wurden, doch der Weg dorthin blieb weitgehend im Dunkeln. Denn Gletscher sind keine geordneten Förderbänder. Sie nehmen Gestein am Untergrund durch Abrasion und Ausbrechen auf, sie fangen Bergsturzmaterial an der Oberfläche ein, sie lagern Material bei Rückzügen ab und nehmen es beim nächsten Vorstoß wieder mit. Wer die Reise eines einzelnen Blocks nachzeichnen will, muss deshalb die Bewegung des Eises über Jahrtausende hinweg kennen, und zwar dreidimensional und mit hoher Genauigkeit.
Genau daran scheiterte die Forschung bislang. Simulationen der Eisdynamik gibt es seit Jahrzehnten, doch sie liefen bisher mit einer Gitterweite von ein bis zwei Kilometern und konnten allenfalls einige zehntausend Partikel mitverfolgen. Für die Alpen mit ihren engen Tälern, steilen Flanken und vielen Übergängen ist das zu grob. Hinzu kommt, dass frühere Modelle die Eisdicke im Vergleich mit den im Gelände sichtbaren Trimlinien oft deutlich verfehlten, was jede Aussage über Fließwege unsicher machte. Wie präzise die moderne Modellierung inzwischen arbeitet, zeigte sich bereits, als eine Simulation die Eisdicke der Alpen vor 25.000 Jahren korrigierte. Auf dieser Grundlage stellt sich die Frage nach dem Sedimenttransport neu, denn das Eis bewegte nicht nur sich selbst, sondern gewaltige Gesteinsfrachten.
Das Team um Tancrède Leger und Guillaume Jouvet nutzte das sogenannte Instructed Glacier Model, ein thermomechanisches Gletschermodell, das seine Eisflussberechnung mit maschinellem Lernen beschleunigt und vollständig auf Grafikprozessoren läuft. Dadurch sank der Rechenaufwand für die Verfolgung der Partikel dramatisch. Nach der im Fachjournal Earth Surface Dynamics erschienenen Rekonstruktion war eine einzelne Grafikkarte etwa 50 Mal schneller als 60 parallele Prozessorkerne, wenn 20 Millionen Teilchen durch das Eis bewegt werden mussten. So ließ sich der Zeitraum vor 40.000 bis 18.000 Jahren mit Zeitschritten von zehn Jahren und einer Auflösung von 300 Metern abbilden. Die Partikel entstanden dabei nicht willkürlich, sondern nach physikalischen Regeln: an der Gletscherbasis abhängig von der Gleitgeschwindigkeit des Eises, an der Oberfläche dort, wo Hänge steiler als 45 Grad und weitgehend eisfrei waren und Steinschlag herabstürzen konnte.
Der überraschendste Befund betrifft die Höhenbarrieren. Wächst ein Eisfeld schnell an, türmt sich das Eis nicht zwangsläufig über den Gipfeln auf, sondern bildet eigenständige Eisdome, deren Scheitel abseits der hydrologischen Wasserscheiden liegt. Übersteigt die Oberfläche eines solchen Doms die Höhe eines benachbarten Sattels, fließt Eis aus seinem angestammten Einzugsgebiet in das Nachbartal hinüber. Fachleute sprechen von Transfluenz, und mit dem Eis wandert das Gestein. Das Modell findet allein rund um den Engadiner Eisdom bei Zernez etwa 30 solcher Übertritte in die Nachbargebiete von Rhein, Adda, Etsch und Isar, bei einer modellierten Eisoberfläche von bis zu 3100 Metern. Auch die gut belegte Transfluenz über den Simplonpass bildet die Simulation nach. Damit erklärt sich, warum in einem Tal Findlinge auftauchen, deren Ursprungsgestein jenseits eines Gebirgskamms liegt. Die Gletscher der letzten Eiszeit mit ihrem kalten Klimaoptimum arbeiteten also über Wasserscheiden hinweg.
Wie stark solche Rechnungen bestehende Deutungen verschieben können, zeigt der Mont Salève südlich von Genf, auf dessen Plateau rund 400 geschützte Findlinge liegen. Bisher galt als plausibel, dass sowohl der Rhonegletscher als auch der Arvegletscher Blöcke dorthin brachten. Im Modell stammt jedoch kein einziges abgelagertes Teilchen vom Arvegletscher, weil der mächtigere Rhonegletscher das dünnere Eis der Arve seitlich abdrängte. Der Abgleich mit 38 datierten Findlingen bekannter Gesteinsart trifft in 68 bis 81 Prozent der Fälle zu, was für ein alpenweites Modell beachtlich ist, aber Raum für Korrekturen lässt. Die Autoren nennen die Vereinfachungen offen: Sie nehmen an, dass alle Partikel exakt so schnell wie das Eis wandern, sie berücksichtigen keinen Transport durch Schmelzwasserflüsse und keinen Abrieb der Blöcke. Für die Glaziologie und für die Deutung von Moränen und Gletscherablagerungen entsteht dennoch ein neues Werkzeug, das bis zur Rohstoffsuche und zur Bewertung geologischer Endlagerstandorte reicht.
Earth Surface Dynamics, First Alps-wide reconstruction of LGM glacial sediment transport enabled by GPU-accelerated particle tracking; doi:10.5194/esurf-14-361-2026