Viele Seen rund um Kangerlussuaq in Westgrönland haben ihre frühere klare Farbe verloren und sind nach einem außergewöhnlichen Wärme- und Regenereignis dunkelbraun geblieben. Die Veränderung betrifft nicht nur die Optik, sondern reicht bis zur Wasserchemie, zum Plankton und zum Kohlenstoffkreislauf. Aktuelle Feldarbeiten zeigen, dass sich mehrere Gewässer weiterhin nur uneinheitlich erholen. Warum ein kurzer Wetterextrem-Komplex eine arktische Seenlandschaft so tiefgreifend umstellen konnte, wird erst durch Messungen unter der Oberfläche sichtbar.
Im Sommer fährt das Team um die Limnologin Jasmine Saros mit kleinen Booten auf die Seen bei Kangerlussuaq hinaus, zieht Zooplanktonnetze durch das dunkle Wasser und setzt Messbojen aus. Die Region gilt normalerweise als trocken, viele Gewässer waren über lange Zeit klar und nur schwach mit ihrer Umgebung verbunden. Nach einer Serie ungewöhnlich warmer und nasser Wetterlagen änderte sich dieses Bild innerhalb kurzer Zeit. Die aktuelle Feldarbeit des Climate Change Institute der University of Maine dokumentiert nun, dass die Folgen noch immer in zahlreichen Seen messbar sind.
Der Auslöser lag im Herbst 2022, als mehrere atmosphärische Flüsse feuchte, ungewöhnlich warme Luft nach Westgrönland transportierten. Der Boden blieb länger aufgetaut, Niederschlag drang in Bereiche ein, die sonst nur schwach mit Oberflächenwasser verbunden sind, und Material aus Permafrostböden gelangte in die Seen. Damit veränderte sich nicht nur die Farbe. Organischer Kohlenstoff, Eisen und weitere gelöste Stoffe strömten in die Gewässer und verschoben die Bedingungen, an die Mikroorganismen, Algen und andere Bewohner angepasst waren.
Die wissenschaftliche Auswertung schätzt, dass sich im betroffenen Landschaftsraum 7.486 Seen befinden. Untersucht wurden besonders intensiv zehn Gewässer, für die ungewöhnlich lange Messreihen vorliegen. Diese Daten reichen weit genug zurück, um die Zeit vor dem Wetterextrem direkt mit den veränderten Bedingungen danach zu vergleichen. Gerade dieser Vorher-nachher-Vergleich macht den Befund so aussagekräftig: Die braune Färbung trat nicht in einem einzelnen isolierten See auf, sondern gleichzeitig in einer ganzen Gruppe unterschiedlich geprägter Gewässer.
Bis zum Umbruch waren viele dieser Seen nur schwach an das umliegende Land gekoppelt. Westgrönlands trockenes Klima begrenzte den oberflächlichen Zufluss, sodass organisches Material aus Böden und Pflanzen nur langsam in die Becken gelangte. Mit den starken Regenfällen änderte sich diese Verbindung abrupt. Wasser spülte zuvor lange gespeicherte Stoffe aus dem Einzugsgebiet in die Seen, ähnlich wie ein plötzlich geöffnetes Ventil. Die gleiche Region wird auch durch verborgene Wasserspeicher im Eis geprägt, wie ein subglazialer See unter Grönland zeigt, der Schmelzwasser zeitversetzt weiterleitet.
Mit der dunkleren Färbung drang etwa die Hälfte weniger photosynthetisch nutzbares Licht in die Wassersäule. Dadurch verlagerte sich das Maximum des Chlorophylls nach oben, weil lichtabhängige Organismen näher an die Oberfläche ausweichen mussten. Gleichzeitig verloren benthische Lebensräume am Seegrund an Bedeutung, während Algen zunahmen, die neben Photosynthese auch organische Kohlenstoffquellen nutzen können. Die Veränderung betrifft damit die räumliche Struktur des gesamten Nahrungsnetzes und nicht nur eine einzelne Art.
Auch die bakteriellen Gemeinschaften reagierten empfindlich. Die Feld- und Labordaten weisen auf einen starken Verlust an Vielfalt hin, während sich die Zusammensetzung der Mikroorganismen neu ordnete. Dunkles Wasser erwärmt und schichtet sich anders, und die geringere Lichtdurchdringung verändert, wo Sauerstoff produziert und verbraucht wird. Dass Sauerstoff in Gewässern eine zentrale ökologische Grenze bildet, zeigt auch die Forschung zur weltweiten Deoxygenierung von Seen und Meeren. In Westgrönland kommt jedoch ein lokaler Mechanismus hinzu, bei dem die braune Färbung selbst die Lichtverhältnisse und damit die Biologie verschiebt.
Besonders deutlich änderte sich die Chemie des Wassers. Die Studie meldet für die Zeit nach dem Extremereignis stark erhöhte Konzentrationen gelöster organischer Stoffe und Metalle; beim Eisen lagen die Werte in späteren Proben mehr als eine Größenordnung über dem früheren Niveau. Eisen trägt zusammen mit organischen Molekülen zur dunklen Farbe bei und beeinflusst zugleich, wie Licht absorbiert wird und welche chemischen Reaktionen im Wasser stattfinden. Für die Forscher ist deshalb die Verfärbung kein oberflächlicher Effekt, sondern ein sichtbares Zeichen eines chemischen Zustandswechsels.
Die Proben werden aus verschiedenen Tiefen geholt, anschließend analysieren die Teams unter anderem Nährstoffe, Schwermetalle, Methan, Kohlendioxid und die Eigenschaften des gelösten organischen Materials. Auf den Seen stehen außerdem Bojen, die ganzjährig Temperatur und Sauerstoff in unterschiedlichen Wasserschichten erfassen. Dadurch lässt sich verfolgen, ob sich die Gewässer nur optisch aufhellen oder ob sich auch ihre inneren Stoffkreisläufe wieder dem früheren Zustand annähern. Die bisherigen Messungen zeigen keine einheitliche Rückkehr: Manche Systeme bewegen sich stärker in Richtung Erholung, andere behalten Merkmale des braunen Zustands.
Vor dem Umbruch nahmen die untersuchten Seen im Sommer netto Kohlendioxid auf. Nach der Braunfärbung kehrte sich diese Rolle um, und die gemessene Kohlendioxidabgabe an die Atmosphäre stieg um mehr als 350 Prozent. Gleichzeitig nahmen in mehreren Wasserschichten auch Methankonzentrationen zu. Damit wurde aus einem Landschaftselement, das während der warmen Jahreszeit Kohlenstoff band, zeitweise eine Quelle für Treibhausgase.
Der Mechanismus lässt sich mit dem neuen Material erklären, das aus den Böden eingetragen wurde. Mikroorganismen erhielten zusätzliche organische Substrate, die sie abbauen konnten, während gleichzeitig weniger Licht für Photosynthese zur Verfügung stand. Weniger Produktion und mehr mikrobielle Zersetzung verschoben gemeinsam die Kohlenstoffbilanz. Dieser Prozess ist für Klimamodelle wichtig, weil arktische Seen in großer Zahl vorkommen und ihre Rolle als Speicher oder Quelle davon abhängt, wie stark sie mit tauenden Böden und intensiveren Niederschlägen verbunden werden.
Während der jüngsten Feldkampagne setzte das Team mehr als zehn Bojen neu aus oder wartete vorhandene Geräte und beprobte etwa ein Dutzend Seen entlang ihrer Wassersäule. Die Forscher bestimmten dabei nicht nur chemische Konzentrationen, sondern untersuchten auch Zooplankton, mikrobielle Aktivität, Lichttiefe und die Qualität des gelösten organischen Materials. Diese breite Messstrategie soll klären, welche Teile des Ökosystems zuerst zurückkehren und welche Veränderungen sich verfestigen.
Für die Bewohner Westgrönlands hat die Entwicklung zusätzlich eine praktische Seite. Einige Gemeinden nutzen Seen als Trinkwasserquelle, und höhere Konzentrationen organischer Stoffe und Metalle erschweren die Aufbereitung. Organisches Material kann Geruch und Geschmack beeinflussen und bei der Desinfektion unerwünschte Nebenprodukte fördern. Die zugrunde liegende PNAS-Studie beschreibt deshalb neben den ökologischen Folgen auch mögliche Konsequenzen für die lokale Wasserversorgung.
Die Seenlandschaft rund um Kangerlussuaq ist für die Forschung besonders wertvoll, weil Beobachtungen aus vielen Jahren vor dem Ereignis vorhanden sind. Damit lässt sich nicht nur ein ungewöhnlicher Zustand beschreiben, sondern sein Entstehen Schritt für Schritt rekonstruieren. Die nächste zentrale Frage lautet nun, ob sich die braune Phase unter normalen Wetterbedingungen vollständig zurückbildet oder ob einzelne Seen dauerhaft in einem neuen Zustand bleiben. Genau diese Entwicklung verfolgen die Messbojen über Winter, Eisbruch und Sommer hinweg weiter.
Außerdem wollen die Forscher besser verstehen, welche Eigenschaften eines Einzugsgebiets darüber entscheiden, ob ein See schnell aufklart oder braun bleibt. Dazu gehören die Menge auftauenden Bodens, die Verbindung zwischen Hang und Ufer, die Tiefe des Gewässers und die Zusammensetzung des eingetragenen Materials. Der nächste starke Regen liefert deshalb nicht nur neue Wasserproben, sondern einen realen Belastungstest für ein Ökosystem, dessen frühere Stabilität bereits einmal innerhalb kurzer Zeit verloren ging.
University of Maine Climate Change Institute, Investigations Into Abrupt Browning in the Lakes of West Greenland
Proceedings of the National Academy of Sciences, Abrupt transformation of West Greenland lakes following compound climate extremes associated with atmospheric rivers; doi:10.1073/pnas.2413855122
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