Forschungsreisen sind für den Potsdamer Geowissenschaftler Torsten Sachs eigentlich Routine. „Aber diesmal ist es trotzdem etwas Besonderes", sagt er. Ende vergangener Woche ist er nach Norwegen geflogen. In Tromsø absolviert er zurzeit ein Sicherheitstraining. Das ist auch notwendig, denn die folgenden zwei Monate wird er in lebensfeindlichem Gebiet verbringen, in dem Eiseskälte, absolute Dunkelheit und vielleicht auch Eisbären warten.

Mit einem russischen Eisbrecher werden sich Sachs und weitere Forscherinnen und Forscher etwa zwei Wochen lang den Weg durch die Arktis bahnen. Ihr Ziel ist das Forschungsschiff „Polarstern". Seit Oktober des vergangenen Jahres driftet es - fest eingefroren im Meereis - durch die Polarnacht.

Die Methanwerte steigen seit 2007

Mosaic lautet der Name dieser größten Arktis-Expedition aller Zeiten, die ein ganzes Jahr lang dauern wird und vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven geleitet wird. Rund 600 Wissenschaftler aus 19 Nationen werden abwechselnd vor Ort sein und Daten zum Klimageschehen erheben.

Bisher ist wenig darüber bekannt, was in der zentralen Arktis vor allem im Winter genau geschieht. Es wird aber immer deutlicher, dass der Klimawandel sich hier besonders dramatisch bemerkbar macht. Und das Klima hoch im Norden entscheidet auch darüber, wie sich die Temperaturen und Niederschläge in Europa entwickeln. Wenn die Wissenschaftler diese Prozesse besser verstehen, können sie ihre Klimamodelle anpassen und damit genauere Vorhersagen für das Klima der Zukunft treffen.

Forschungsprogramm "Erde im Wandel"

Das Vorhaben: 2021 startet das vom Geoforschungszentrum (GFZ) Potsdam initiierte Forschungsprogramm „Erde im Wandel - Unsere Zukunft erhalten". Das Großprojekt wird vom GFZ und sechs weiteren Helmholtz-Zentren getragen, wie vergangene Woche bekannt wurde. Das Ziel: Innerhalb von sieben Jahren soll das Forschungsprogramm nicht nur die Klimaforschung ein großes Stück voranbringen. Mit 2350 Wissenschaftlern und einem Jahresbudget von 450 Millionen Euro wollen die Forscher die großen Zukunftsfragen angehen. Die Fragestellungen: In den Projekten geht es etwa darum, wie sich Klimaänderungen auswirken werden. Aber auch, wie sich Naturkatastrophen besser vorhersagen lassen, wie sich Wasserkrisen managen lassen und gute Frühwarnsysteme entwickeln lassen.

Bei Torsten Sachs, der am Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam forscht, steht das Gas Methan im Mittelpunkt der Forschung. Methan ist ein sehr starkes Treibhausgas, das etwa 25 bis 30 Mal wirksamer ist als Kohlendioxid. „Seit 2007 steigt nach einer langen Phase der Stagnation die Methankonzentration in der Atmosphäre deutlich an", erläutert der Forscher.

In den vergangenen fünf Jahren beobachteten die Wissenschaftler sogar einen noch rascheren Anstieg als zuvor. Auch in der Arktis sind die Messwerte unerwartet hoch. „Vor allem über offenem Wasser und auch in der Wassersäule", sagt Sachs. Warum das so ist, weiß noch niemand genau.

Kommt das Methan aus den Permafrostböden?

Auftauender Permafrostboden, Fracking, höhere Aktivitäten von Methan produzierenden Mikroorganismen durch steigende Temperaturen - all das sind mögliche Ursachen. „Es gibt bisher viel zu wenige Daten", betont Sachs. Diese große Lücke wollen die Forscher wenigstens teilweise schließen. Die Ergebnisse sollen genauere Einblicke in den Methankreislauf ermöglichen.

Mit dem Hubschrauber werden Sachs und sein Team die Methankonzentration in der Arktisluft untersuchen. Bei den Forschungsflügen misst eine Sonde Methan, Kohlendioxid, Wasserdampf, Aerosole und auch die Luftströmungen über dem Wasser und dem Eis. Während der Flüge bewegen sich die Forscher auf zuvor festgelegten Routen 50 bis 100 Kilometer vom Schiff fort und erhalten so detaillierte Daten über eine große Fläche. Möglicherweise können sie hier Orte identifizieren, die besonders viel Methan ausstoßen. Zusätzlich werden Eisbohrkerne viele Informationen über den Methanhaushalt in der Arktis und die Ursprünge des Gases liefern.

Die Kälte von bis zu minus 45 Grad Celsius wird nicht nur für die Menschen auf der „Polarstern" zur Herausforderung. Torsten Sachs hofft, dass auch seine empfindliche Technik, mit der er die Methankonzentrationen messen will, den Temperaturen trotzen kann. „Ich bin zufrieden, wenn wir fliegen können und viele Daten aufzeichnen", sagt er.

Algen auf dem Eis treiben das große Schmelzen an

Den Aufbruch gen Norden hat die Biogeochemikerin Liane Benning vom GFZ noch vor sich. Sie wird im April zu einer Forschungsreise nach Grönland aufbrechen. Dort erforscht sie Mikroorganismen, die eng mit dem Klimawandel verbunden sind. Ihr Forschungsobjekt beschreibt sie so: „Es sieht aus wie Schmutz, ist aber lebendig." Gemeint sind Eisalgen, die regelmäßig im arktischen Sommer violette Teppiche auf der Eisoberfläche bilden. Manchmal sind die Algenblüten so dicht, dass das Eis fast schwarz wirkt.

Die Mikroorganismen setzten in weiten Gebieten Grönlands eine Spirale in Gang, die die Forscher um Benning im Projekt Deep Purple besonders intensiv beobachten wollen. Das dunkle Pigment schützt die Eisalge vor der intensiven Sonnenstrahlung. Gleichzeitig wird durch die Algenblüte Wärme absorbiert, die wiederum die Eisschmelze antreibt. Das Schmelzwasser fördert das Algenwachstum, weil es lebensnotwendige Mineralien enthält - es ist ein Kreislauf, der in den vergangenen Jahren eine stetig wachsende Algenblüte hervorgebracht hat und der die Eisschilde und Gletscher immer schneller schmelzen lässt.

Neben den Algen verdunkelt aber auch die Luftverschmutzung Grönlands Schneedecke. Rußpartikel und Staub lagern sich darauf ab und könnten ähnliche Effekte wie die Eisalge auslösen. Die Zusammenhänge zwischen Algenwachstum, Klimawandel und Luftverschmutzung untersuchen die Wissenschaftler mithilfe von Drohnen und Satelliten, die die Ausbreitung der Algenblüte vermessen. Während das Eis sich in den letzten Jahren vor allem im Westen Grönlands dunkel färbte, wollen die Forscher nun ermitteln, ob auch Gebiete im Norden, Osten und Süden betroffen sind. „Wir wollen wissen, ob das Eis in ganz Grönland viel schneller schmilzt als zuvor", erklärt Liane Benning.

Ruß und Staub verdunkeln das Eis zusätzlich

Um die Ökologie der Alge zu verstehen, bohren die Forscher Schnee- und Eiskerne vor Ort und führen Experimente durch. Einerseits wollen sie die Algendichte und die Auslöser für die Massenvermehrung ermitteln und andererseits auch untersuchen, wie viel Ruß und Staub die Organismen einfangen. Letztlich geht es um Vorhersagen, wo und wann die biologische Verdunkelung auftreten und wie sie Grönlands Klima beeinflussen wird.

Methan über der Arktis und Eisalgen auf Grönland - das sind nur zwei von unzähligen Bausteinen, die im Gesamtsystem Klima eine wichtige Rolle spielen. Sie zeigen, wie komplex und vielfältig Energie- und Stoffflüsse auf unserer Erde sind und wie schwierig es ist, die unzähligen kleinen Puzzleteile zu einem Gesamtbild zusammenzufügen.

Ambitoniertes Forschungsprogramm ab 2021

Bald erhalten Geoforscher deutliche Unterstützung beim Puzzeln. Denn das GFZ hat ein großes Forschungsprogramm initiiert, an dem sich sechs weitere Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft beteiligen. „Erde im Wandel" heißt das Vorhaben und wird ab 2021 über sieben Jahre mit 450 Millionen Euro finanziert. Forscher werden dafür Grundwasserspiegel untersuchen, die Eisschmelze beobachten und im Untergrund nach Georessourcen für die Energiewende suchen. Einige - Torsten Sachs etwa - nehmen für solche Projekte Monate in vollkommener Dunkelheit und Eiseskälte auf sich. „Erst am 10. März wird in der Arktis die Sonne zum ersten Mal wieder aufgehen", sagt der Forscher. Auf diesen Moment freut er sich schon.