Naturphänomen mit Rätseln: Was hat es mit den kilometergroßen Ringen am Baikalsee auf sich?
Auf der zugefrorenen Fläche des Baikalsees erscheinen im Winter immer wieder gewaltige Ringe. Ihr Ursprung liegt verborgen in der Tiefe – und birgt Gefahren.
In den Wintermonaten scheint das Leben im Baikalsee beinahe stillzustehen. Über Monate liegt eine geschlossene Eisdecke auf dem sibirischen See, stellenweise mehr als einen Meter dick. Doch aus großer Höhe zeigt sich, dass unter der erstarrten Oberfläche etwas vor sich geht: Auf Satellitenaufnahmen erscheinen immer wieder gewaltige, dunkle Ringe im Eis – kreisrund, mit mehreren Kilometern Durchmesser.
Wer auf dem zugefrorenen Baikalsee steht, oder an seinen Ufern, kann ihre Form kaum erkennen. Denn typischerweise messen die Ringe fünf bis sieben Kilometer im Durchmesser, ihr dunkles Band allein kann rund einen Kilometer breit sein, wie ein internationales Forschungsteam vor einigen Jahren im Fachjournal „Limnology and Oceanography“ beschrieb.
Lange war unklar, was diese eigentümlichen Strukturen hervorruft. Inzwischen weiß man: Die Ursache liegt nicht im Eis selbst. Die Ringe sind vielmehr die sichtbare Spur gewaltiger Wasserwirbel, die darunter kreisen.
Kreise am Baikalsee sind älter als ihre Entdeckung
Dass die Ringe überhaupt näher untersucht werden konnten, ist vor allem der Satellitenbeobachtung zu verdanken. Forschende um den Geophysiker Alexei Kouraev werteten Satellitenbilder und Fotografien aus mehreren Jahrzehnten aus. Dabei fanden sie allein auf dem Baikalsee 45 Eisringe aus den Jahren 1974 bis 2014. Auch auf dem rund 250 Kilometer entfernten Hovsgol-See in der Mongolei fanden sich vier weitere Ringe.
Spätere Untersuchungen verschoben die Geschichte der Ringe noch weiter zurück. Für eine 2019 veröffentlichte Folgestudie wertete das Forschungsteam um Kouraev unter anderem Aufnahmen des ehemaligen US-Spionagesatelliten Corona aus. Darauf fanden die Forschenden zwei Eisringe auf dem Baikalsee vom Mai 1969. Außerdem entdeckten sie das Phänomen auf einem dritten Gewässer, dem Teletzkoje-See im russischen Altai.
Besonders häufig wurden die Ringe zum Ende des Winters registriert. Manche verschwanden nach kurzer Zeit, andere waren über Wochen, sogar Monate sichtbar. Auch die NASA berichtet auf ihrer Webseite inzwischen von Dutzenden dokumentierten Ringen auf dem Baikalsee.
Was steckt unter den Eisringen des Baikalsees?
Bei Messkampagnen am Baikalsee bestimmten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter anderem Eisdicke, Wassertemperatur und Leitfähigkeit des Eises. Dabei stießen sie unter den Eisringen auf auffällige, linsenförmige Wasserwirbel. Ihr Zentrum lag mehrere Dutzend Meter unter der Oberfläche. Der Wirbel veränderte jedoch die Wasserschichten bis weit nach oben: In den obersten 30 Metern unter dem Eis war das Wasser innerhalb des Wirbels je nach Messung um bis zu 0,6 Grad Celsius wärmer als außerhalb.
In den untersuchten Fällen drehten sich diese Wasserwirbel im Uhrzeigersinn. Im Zentrum waren die Strömungen vergleichsweise schwach. Am Rand dagegen floss das Wasser stärker – genau dort wird besonders viel Wärme an die Unterseite des Eises übertragen.
Vor allem die Strömungsgeschwindigkeit und der dadurch verstärkte Wärmeaustausch dünnen das Eis also aus. Die dünneren Bereiche erscheinen aus der Luft dunkler. Der Kreis an der Oberfläche zeichnet gewissermaßen den Rand eines riesigen Wirbels im Wasser nach.
Erst kommt der Wirbel, dann der Ring
Die Wasserwirbel existieren bereits unter der Eisdecke, bevor an der Oberfläche überhaupt ein Ring zu erkennen ist. Das konnten Forschende durch die Kombination von Messungen unter dem Eis und Satellitenaufnahmen zeigen. In einem besonders gut dokumentierten Fall fand ein Forschungsteam zunächst einen linsenförmigen Wirbel, während die Eisfläche darüber noch unauffällig erschien. Erst Wochen später zeichnete sich genau an dieser Stelle ein kilometerweiter dunkler Ring ab.
Damit lässt sich die zeitliche Abfolge nachvollziehen: Der Wirbel entsteht nicht als Folge des Eisrings – vielmehr ist der Ring seine sichtbare Spur. Bleibt der Wirbel lange genug an einer Stelle, transportieren die stärkeren Strömungen an seinem Rand fortwährend Wärme zur Unterseite der Eisdecke. Dort wird das Eis zunehmend dünner, bis sich der kreisförmige Bereich schließlich auch aus dem All erkennen lässt.
Im Ring kann die Eisdecke nur halb so dick sein
Wie stark ein solcher Wirbel die Eisdecke verändert und welche Risiken das mit sich bringt, zeigen wissenschaftliche Messungen. In einem aus dem Jahr 2014 dokumentierten Fall war das Eis außerhalb eines untersuchten Rings 61 bis 73 Zentimeter dick. Im Ring waren es stellenweise nur noch 32 bis 34 Zentimeter. Dort hatte sich das Eis bereits deutlich verändert, an der Unterseite bildeten sich bis zu zwölf Zentimeter lange nadelförmige Eiskristalle. Mit fortschreitender Entwicklung drohte die Eisfläche schließlich aufzubrechen.
Genau deshalb sind die gewaltigen Kreise mehr als eine optische Besonderheit. Sondern eine Gefahr: Es ist in Russland üblich, Eisflächen im Winter als Straßen zu verwenden. Eine intakte Eisdecke kann mehr als einen Meter mächtig sein und selbst schwere Fahrzeuge tragen. Das Eis des Baikalsees wird im Winter dazu für Fischerei und Tourismus genutzt. Für die Menschen sind die dünneren Bereiche eines Eisrings jedoch kaum zu erkennen.
Wie real die Gefahr ist, erfuhren Kouraev und sein Team bei Forschungsarbeiten am eigenen Leib: Ihr Geländewagen brach im Eis ein, genau im Bereich eines gerade entstandenen Rings. Die Insassen konnten gerettet werden. Zwei Tage später brach ein weiteres Fahrzeug am östlichen Rand eines Rings im Baikalsee ein, blieb glücklicherweise auf halbem Weg stecken und konnte geborgen werden.
Auch die NASA warnt vor diesen schwer erkennbaren Schwachstellen. Gerade weil sich die kilometerweiten Strukturen vom Boden aus kaum als Ringe wahrnehmen lassen, können Satellitenaufnahmen helfen, gefährliche Bereiche zu identifizieren.
Was weiß man heute über die Wasserwirbel – was ist noch offen?
Wie entstehen die riesigen Unterwasser-Wirbel überhaupt? Offenbar müssen mehrere Faktoren zusammenspielen: Eine wichtige Rolle spielen Wind und Küstenströmungen, hinzu kommen die Form der Küste und die Topografie des Seegrunds. Auffällig ist, dass Eisringe häufig in Regionen auftreten, in denen sich die Wassertiefe stark schwankt.
Analysen der meteorologischen und hydrologischen Daten legen zudem nahe, dass die Wirbel üblicherweise bereits im Herbst entstehen, noch bevor der See mit Eis bedeckt ist.
Nahe der Bargusin-Bucht am Baikalsee konnten Forschende die Entstehung eines solchen Wirbels genauer rekonstruieren. Satellitenaufnahmen zeigten dort bereits vor dem Zufrieren des Sees eine antizyklonale Wasserbewegung. Starke Winde trieben Wasser aus der Bucht hinaus und brachten die Wassermassen außerhalb der Bucht in Rotation. Ein solcher Wirbel kann anschließend unter der Eisdecke fortbestehen. Die Untersuchungen sprechen dafür, dass zumindest manche der später für die Eisringe verantwortlichen Wirbel bereits vor der Ausbildung einer geschlossenen Eisdecke entstehen. Die Forschenden beschreiben diesen Mechanismus in ihrer Studie in „Limnology and Oceanography“.
Damit ist allerdings nicht erklärt, warum die riesigen Kreise nur an bestimmten Orten und in manchen Wintern erscheinen. Ein entscheidender Faktor dürfte sein, wie sich ein Wirbel anschließend verhält. Bleibt er längere Zeit an ungefähr derselben Position, kann die Strömung an seinem Rand kontinuierlich Wärme zur Eisunterseite transportieren und dort einen Ring aus dünnerem Eis entstehen lassen. Verlagert sich der Wirbel dagegen, reicht dieser Wärmeeintrag möglicherweise nicht aus, um an der Oberfläche einen deutlich sichtbaren Kreis zu hinterlassen.
Vollständig verstanden ist das Phänomen der Eisringe bis heute nicht. Offen ist etwa, welche Bedingungen darüber entscheiden, wo ein Wirbel entsteht, wie lange er bestehen bleibt und ob er an einer Stelle verharrt oder durch den See wandert. Die Untersuchungen aus den letzten Jahren zeigen allerdings, dass die linsenförmigen Wirbel über längere Zeit bestehen können und die dunklen Ringe an der Oberfläche letztlich nur ihre sichtbare Spur sind.
Gerade darin liegt der Reiz der dunklen Kreise. Sie machen Prozesse sichtbar, die sich normalerweise dem menschlichen Blick entziehen. Unter einer scheinbar starren Eisfläche bleibt der Baikalsee in Bewegung: Wassermassen zirkulieren, Wärme wird transportiert, kilometerbreite Wirbel drehen sich unter dem Eis. Und erst aus dem All wird sichtbar, was sie in die Eisdecke des Baikalsees zeichnen.