Eisdecke auf Seen im Winter schwindet immer schneller

Bei diesen Temperaturen klingt es fast absurd: In wenigen Monaten können Seen in Europa wieder zufrieren. Dann liegt über dem Wasser eine ruhige, scheinbar leblose Fläche. Unter dem Eis aber läuft das Leben weiter. Die Eisdecke auf Seen im Winter bestimmt, wie viel Licht und Wärme ins Wasser gelangen. Sie beeinflusst Sauerstoff, Nährstoffe und damit die Bedingungen für Pflanzen und Tiere.

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) berichtet über eine im Fachjournal PNAS veröffentlichte Untersuchung mit Daten von 724 Seen auf der Nordhalbkugel. Steigen die mittleren Wintertemperaturen über bestimmte Schwellenwerte, schwindet die Eisdecke nicht mehr gleichmäßig.

Dann frieren Seen später zu, tauen im Frühjahr früher auf und bleiben insgesamt deutlich kürzer vereist. Der Eisverlust beschleunigt sich.

Eisdecke auf Seen im Winter reagiert plötzlich empfindlicher

Für die Analyse nutzte das internationale Team Beobachtungen aus den Jahren 2000 bis 2022. Die Seen liegen zwischen dem 28. und 68. nördlichen Breitengrad. 483 Gewässer befinden sich in Nordamerika, 136 in Asien und 105 in Europa. Satelliten lieferten Daten zu 674 Seen, weitere 50 wurden vor Ort beobachtet.

Erfasst wurden sechs Phasen des jährlichen Eiszyklus. Dazu gehörten der Beginn der Eisbildung, das vollständige Zufrieren, der erste Eisaufbruch und das vollständige Abschmelzen. Auch die Dauer einer geschlossenen sowie einer teilweisen Eisdecke floss in die Auswertung ein. Im Mittel umfassten die Zeitreihen gut 18 Jahre.

Das Eis taut im Frühjahr besonders schnell

Die Eisbildung im Herbst reagiert schwächer auf Erwärmung als das Abschmelzen im Frühjahr. Pro Grad höherer Lufttemperatur begann die Eisbildung durchschnittlich 2,52 Tage später. Das vollständige Zufrieren verschob sich um 2,45 Tage. Der erste Eisaufbruch erfolgte dagegen 3,76 Tage früher. Bis der See vollständig eisfrei war, vergingen im Mittel 4,62 Tage weniger.

Dadurch schrumpft die gesamte Eissaison von beiden Seiten. Die Dauer einer geschlossenen Eisdecke nahm pro Grad Erwärmung um durchschnittlich 6,92 Tage ab. Die Zeit mit zumindest teilweiser Eisbedeckung verkürzte sich um 7,13 Tage. Bei fast 77 Prozent der Seen reagierte das vollständige Abschmelzen stärker als der Beginn der Eisbildung.

Kritische Wintertemperaturen beschleunigen den Verlust

Die entscheidenden Schwellen liegen je nach Eisphase zwischen minus 13,7 und minus 6,8 Grad Celsius. Für das vollständige Abschmelzen ermittelte das Team einen Wert von minus 8,8 Grad. Beim ersten Eisaufbruch lag die Schwelle bei minus 6,8 Grad. Oberhalb dieser Temperaturen verändert sich die Reaktion des Eises deutlich.

Besonders stark fällt der Effekt beim Tauprozess aus. Nach Überschreiten des jeweiligen Schwellenwerts erhöhte sich die Empfindlichkeit des ersten Eisaufbruchs um den Faktor 22,2. Beim vollständigen Abschmelzen stieg sie um den Faktor 17,7. „Unterhalb dieser Schwellen reagiert die Eisdecke allmählich auf die Erwärmung“, erklärt Erstautor Jian Zhou. „Wird die Schwelle überschritten, löst jedes weitere Grad einen unverhältnismäßig großen Eisverlust aus.“

Dünnes Eis nimmt mehr Wärme auf

Hinter der Beschleunigung stehen mehrere physikalische Prozesse. Kalte Winter lassen dickes und kompaktes Eis wachsen. Mildere Winter verkürzen diese Wachstumsphase. Das Eis bleibt dünner, enthält mehr Poren und verliert an Stabilität. Sobald Schnee und Eis an der Oberfläche schmelzen, sinkt zudem die Rückstrahlung des Sonnenlichts.

Dunklere und feuchte Flächen nehmen mehr Sonnenenergie auf. Schmelzwasser transportiert Wärme effizienter als Luft und beschleunigt den Zerfall zusätzlich. Wind kann das bereits geschwächte Eis leichter aufbrechen. Wintertemperaturen und Rückstrahlvermögen der Oberfläche beeinflussten die Empfindlichkeit stärker als Tiefe, Volumen oder Form einzelner Seen.

Europas Seen liegen in einer empfindlichen Zone

Besonders empfindlich reagieren Seen in gemäßigten Breiten und in den südlichen Teilen der nordischen Waldzone. Zu den untersuchten europäischen Gewässern zählen der Balaton in Ungarn und der St. Moritzersee in der Schweiz. Besonders starke Veränderungen erwarten die Forscher rund um die Ostsee sowie in Finnland, Schweden und Norwegen. Dort liegen viele Seen bereits nahe an den ermittelten Temperaturschwellen.

Weiter nördlich fällt die Reaktion bislang schwächer aus. Die Winter sind dort noch deutlich kälter und bieten den Seen einen größeren Temperaturpuffer. Mit fortschreitender Erwärmung dürfte dieser Schutz jedoch schrumpfen. „Viele Seen der mittleren Breiten nähern sich einem Zustand erhöhter Verwundbarkeit“, sagt Kun Shi vom Nanjing Institute of Geography and Limnology.

Bis 2100 fehlen rund 40 Eistage

Unter einem hohen Emissionspfad könnte sich die Eisbildung bis zum Ende des Jahrhunderts um rund 13 Tage verspäten. Der erste Eisaufbruch würde etwa 22,5 Tage früher beginnen. Vollständig eisfrei wären die untersuchten Seen im Mittel knapp 27 Tage früher. Insgesamt könnte die Eisbedeckung um ungefähr 40 Tage schrumpfen.

Der Anteil der Seen oberhalb einer kritischen Temperaturschwelle lag im historischen Vergleichszeitraum bei rund 23 Prozent. Unter dem sehr hohen Emissionsszenario SSP5-8.5 könnte er bis 2100 auf knapp 70 Prozent steigen. Niedrige und mittlere Emissionspfade führen dagegen ab der Mitte des Jahrhunderts zu einer deutlichen Stabilisierung der Entwicklung.

Unter der Eisoberfläche verändern sich mit einer kürzeren Wintersaison Licht, Sauerstoff und Wassertemperatur. Auch Algenwachstum, Verdunstung und der Austausch von Treibhausgasen können sich verschieben. Hinzu kommen Folgen für Fischerei, Verkehrswege und Gemeinschaften, die im Winter auf verlässliches Eis angewiesen sind.

„Schon eine geringe zusätzliche Erwärmung könnte abrupte und möglicherweise unumkehrbare Veränderungen der winterlichen Eisverhältnisse auslösen“, erklärt Shi. Betroffen wären Wasserqualität, aquatische Lebensräume und nördliche Regionen, deren Alltag seit Generationen vom winterlichen Eis geprägt ist.

Kurz zusammengefasst:

Die Eisdecke auf Seen im Winter schwindet nicht gleichmäßig: Oberhalb kritischer Wintertemperaturen beschleunigt sich der Verlust deutlich.
Besonders das Tauwetter im Frühjahr reagiert empfindlich, weshalb Seen später zufrieren, früher eisfrei werden und ihre Eissaison stark verkürzt wird.
Unter hohen Emissionen könnte die Eisbedeckung bis 2100 um rund 40 Tage abnehmen und damit Wasserqualität sowie Ökosysteme verändern.

Übrigens: Seen frieren durch mildere Herbste immer später zu – unter der Eisdecke kann das Tiefenwasser dadurch überraschend stärker abkühlen. Wie dieser Temperatursturz das Leben im See aus dem Takt bringt, erfahren Sie in unserem Artikel.