Das Gletscherrätsel
Von Hanns de Haas.
Nach anstrengendem Aufstieg sind wir froh und munter auf einem Gipfel angelangt. Weit in die Ferne schweift der Blick, bis das Gipfelmeer mit Himmel und Wolken verschwimmt. Doch immer wieder wird unsere Aufmerksamkeit abgelenkt zu dem grossartigen Bild zu unseren Füssen: einem mächtigen Gletscher. Still und starr liegt er für unser Auge da, und doch wissen wir, dass die Gletscher sich unaufhaltsam fortbewegen, dass ihr Eis langsam « fliesst ». Eingehende Forschungen haben gezeigt, dass das überall geschieht, wo das Eis in gesteinsbildender Mächtigkeit die Erde bedeckt. Daraus entsteht von selbst die Frage, warum der Gletscher fliesst. Diesem interessanten Problem, das bis heute noch nicht ganz gelöst worden ist, hat jüngst A. Holl in der Zeitschrift der « Senckenbergischen Naturforschenden Gesellschaft » eine eingehende Untersuchung gewidmet, in der er die verschiedenen Theorien, die man bis jetzt über die Gletscherbewegung aufgestellt hat, unter einen Hut zu bringen versucht. Dabei kommt er zu höchst reizvollen Ergebnissen, die jeden Freund unserer Berge fesseln müssen. Wir wollen nun seinen Gedankengängen ein wenig nachgehen.
Der Gletscher besteht aus Eis, und das Eis ist ein starres, körniges Kristallgestein wie z.B. der Marmor. Nur hat dieses Kristallgestein eine besondere Eigenschaft: Wenn wir einen Eisblock auf ein schwachgeneigtes Blech legen und das Blech von unten erwärmen, so gerät der Block langsam in gleitende Bewegung. Wir kommen also der Lösung des Gletscherrätsels sicher näher, wenn wir nachweisen können, dass der geneigte Untergrund, auf dem der Gletscher liegt, über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt ist. Die Sonne kommt für die Erwärmung nicht in Frage, denn das Eis lässt keine Wärme hindurch. Wir müssen also sehen, wie unsere Erde sich zu der Tatsache verhält, dass stellenweise auf ihrem Rücken ein dicker Eispanzer liegt. Dazu aber müssen wir erst einige Eigentümlichkeiten der Erdwärmewirtschaft studieren.
Die Erde ist eine schwere, im Innern glühende Kugel, 13,000 km dick, umhüllt von einer etwa 60 km starken Gesteinshaut, der Erdrinde. Die Unterfläche dieser Rinde hat Glühhitze, die Oberfläche ist kalt. Infolgedessen besteht in der Erdrinde ein Temperaturgefälle, denn wenn verschieden warme Schichten miteinander in Berührung stehen, strömt stets Wärme von der warmen Schicht zur kalten. Dieses Temperaturgefälle, das wir Erdwärmestrom nennen wollen, beträgt etwa 1° auf 33 m. Es ist, wie die Tunnelbohrungen zeigen, auch in den Bergen vorhanden: das Gebirge zieht sozusagen die Erdwärme in sich herauf. Wenn wir also die Erde mit irgendeinem Material bedecken, so wird diese Deckschicht von unten geheizt, und zwar um so stärker, je dicker sie ist. Besteht dieses Material aus Eis, von dem wir wissen, dass es keine Wärme durchlässt, so sehen wir, dass der Erdwärmestrom von dem Eis verschluckt wird, das dadurch schmilzt. Wir können also mit Holl sagen: « Überall, wo Eis die Erde in gesteinsbildender Mächtigkeit bedeckt, wird von der Unterfläche dieses Eises unaufhörlich Eis weggeschmolzen, und zwar auf den Quadratmeter immer und überall gleichviel; ob der Gletscher 100 oder 1000 m dick ist, 2000 oder 6000 m hoch liegt, spielt dabei keine Rolle. » Damit ist das Gletscherrätsel bis zu einem gewissen Grade gelöst. Wir wissen, das « schiefe Blech », auf dem das Eis liegt, ist geheizt; der Gletscher verliert also unaufhörlich an seiner Unterfläche Eis. Wenn wir das Schmelzwasser messen, finden wir, dass auf jedem Quadratmeter Bodenfläche im Jahre durchschnittlich 8 kg Eis geschmolzen werden, was einer Schicht von 9 mm Stärke entspricht.
Diese Feststellung hat aber eine weitere Frage im Gefolge: « Warum friert der Gletscher im Winter nicht an? » Die Antwort lautet, dass das Eis eine viel geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt als etwa Granit, so dass es seinen Untergrund viel besser schützt. Zudem sind die Gletscher in den Firnmulden, die ja ihr eigentliches Reich darstellen, im Winter meist dick mit Schnee bedeckt, der noch besser warmhält als Eis. Schliesslich enthält der Gletscher vom Sommer her in seinen Poren und Spältchen stets eine gewisse Menge Wasser, die der Frost erst zum Erstarren bringen muss. Alle diese Faktoren sorgen dafür, dass die Winterkälte nicht sehr tief in das Eis eindringt. Die Erdwärmelehre führt sogar zu der Folgerung, dass der Gletscher, abgesehen von der obersten, für das Fliessen jedoch unwichtigen Schicht, immer und durchweg auf Schmelztemperatur steht. Dieser Satz ist auch durch den Versuch bewiesen worden; er wird in unseren Überlegungen noch eine wichtige Rolle spielen.
Zunächst wollen wir aber einmal feststellen, wo der Gletscher denn überhaupt zu fliessen beginnt. Wenn wir einen der um den Gletscher aufstrebenden Gipfel besteigen wollen, kommen wir nach einer Wanderung über den Firn stets an eine breitklaffende tiefe Spalte, die in schön geschwungenem Bogen die ganze Firnmulde umzieht und uns den Zutritt zum eigentlichen Berg verwehrt; das ist der Bergschrund. Welche Bedeutung hat er? An der Wand über ihm finden wir Firneis und Gletschereis, genau wie unten in der Firnmulde. Merkwürdig! Denn gerade da, wo dieser Bergschrund klafft, sollte sich das Material infolge des Übergangs von der steilen Wand auf sanftes Terrain doch eigentlich stark zusammenstauchen, also einen Wulst bilden! Und dann der bogenförmige Verlauf? Auch hier hilft uns wieder die Erdwärmewirtschaft. Wir wissen, dass der Gletscher, warm mit Schnee zugedeckt, nass auf seinem Grunde liegt und deshalb gleiten kann. Nicht so das Eis oberhalb des Schrundes. Es kann an der steilen Wand nicht sehr dick sein, und auch der Schnee kann nicht recht daran haften, denn was nicht fortgeweht wird, fegen die Lawinen hinunter. Überdies ist der Erdwärmestrom an der steilen Wand nicht sehr stark; infolgedessen ist das Eis über dem Bergschrund angefroren; es ist « ewiges » Eis. Daraus ergibt sich, dass der Bergschrund nichts anderes ist als die Grenzlinie zwischen festem und gleitendem Eis.
Auch mit dieser Feststellung ist das Gletscherrätsel aber erst zum kleineren Teile gelöst, denn die Gletscherbewegung besteht durchaus nicht nur in dem bis jetzt besprochenen Gleiten auf dem Untergrund, vielmehr handelt es sich dabei hauptsächlich um ein wirkliches plastisches Fliessen in der Masse, ähnlich einem Brei oder einer dicken Flüssigkeit, wobei die Eismassen sich fortwährend verschieben, umeinanderdrehen und übereinanderwälzen. « Flies-send schmiegt sich der Gletscher in die Talgestalt », sagt Heim. Das Hauptproblem des Gletscherrätsels steckt also in der Frage: Wie kann das bei einem starren Kristallgestein geschehen? Nur durch den verhältnismässig geringen Druck des eigenen Gewichts? Wohl kaum. Vielmehr kommt dem Gletscher hier eine neue innere Wärmequelle zu Hilfe: seine Fallwärme.
Wenn der Gletscher fliesst, so sinken seine Eismassen nach unten, und wenn Massen an Höhe verlieren, wird Energie frei, die sich gewöhnlich in Wärme verwandelt. Das geschieht auch hier! Mit dem Erfolg, dass das Gletschereis unter der Wirkung der Fallwärme schmilzt. Die Fallwärme tritt nämlich vor allem an der Unterfläche des Gletschers auf, an allen Punkten, wo Widerstand gegen das Fliessen geleistet wird, ausserdem als Reibungswärme im Innern des Gletschers, wo die sich gegeneinander verschiebenden Eisteilchen sich reiben. Da der Gletscher nun, wie wir oben hörten, an der Unterseite und im Innern fortwährend auf Schmelztemperatur steht, tritt die Fallwärme nicht als Erwärmung, sondern als Schmelzung in Erscheinung. Das Ergebnis dieser Schmelzung ist das unaufhörlich strömende Schmelzwasser des Gletschers, gesammelt im Gletscherbach, in dem die gesamte Fallwärme steckt.
Die Fallwärme ist nicht für alle Gletscher gleich gross; sie hängt vielmehr von der Masse, dem Gefälle und der Geschwindigkeit des Gletschers ab. Wir wollen sie mit typischen Mittelwerten für die einzelnen Grossen einmal ungefähr ausrechnen. Holl gibt da folgendes Beispiel: « Unser Gletscher sei 300 m dick und 1:15 geneigt; er laufe jährlich durchschnittlich 150 m weit... Der Gletscher ist für die Rechnung unhandlich gross, wir zerschneiden ihn des- halb für einen Augenblick in lauter 1 Quadratmeter dicke, 300 m hohe, senkrechte Eissäulen * ). So eine Säule enthält 300 Kubikmeter Eis und wiegt 263 Tonnen. Ihre oberen Teile bewegen sich zwar rascher als die unteren, aber wir nehmen für die Rechnung an, dass die Säule beisammen bleibt und im Durchschnitt in einem Jahre 150 m talabwärts marschiert. Dabei fällt die Säule um 1/15 ihres Weges, also um 10 m, wodurch sie eine Fallenergie von 2630 Metertonnen entwickelt2 ). Da nun 1 Kalorie gleichwertig ist mit 425 Meterkilogramm, so verwandeln sich diese 2630 Metertonnen263,000 Meterkilogramm ) in 6188 Kilokalorien Wärme, die 77 Kilo Eis zum Schmelzen bringen. » Somit werden unter jedem Quadratmeter Fläche unseres Gletschers durch die Fallwärme jährlich 77 Kilo Eis geschmolzen. Das ist ein überraschend grosses Ergebnis, denn die Wirkung der Fallwärme ist danach zehnmal so gross wie die Erdwärmewirkung. Aber die Zahl stimmt, denn das Fallwärme-Schmelzwasser wurde in der Natur schon mehrfach durch Messungen in der Rechnung entsprechenden Mengen nachgewiesen. Man ist unter diesen Umständen fast versucht zu sagen, der Gletscher beschäftige sich in erster Linie damit, zu schmelzen; das Fliessen besorge er nur so nebenher, weil der Schmelzprozess es mit sich bringt.
Zum Schluss nun noch die Frage, wie die Gletscher fliessen. Wo das Eis keine Hindernisse auf seinem Wege findet, besteht die Bewegung natürlich einfach in einem langsamen Gleiten auf dem durch die Erdwärme nass und rutschig gemachten Untergrund. Bei diesem reibungslosen Gleiten wird die Fallwärme nicht gebraucht; sie tritt nur dort in Erscheinung, wo Widerstände zu überwinden sind, denn nur dort entsteht Reibung. Der Gletscher rutscht aber überhaupt nicht gern auf dem harten Untergrund, er bewegt sich lieber in seinem Innern. Dort, wo Eis an Eis sich reibt, schmilzt die Fallwärme daher am meisten weg. « Der Gletscher opfert sozusagen einen Teil von seinem Riesenleib, damit der andere Teil fliessen kann », sagt Holl mit Recht.
Der Gletscher fliesst oben rascher als in den unteren Schichten. Ganz grob können wir sogar sagen: « Unten im Gletscher findet nur die Deformation statt, die nötig ist, damit der Gletscher oben fliessen kann; oben bleiben die Massen grösstenteils undeformiert und werden einfach ruhig fortgeschoben. » Daraus ergibt sich eine ungeheure Konzentration der Fallwärme. Denn alle die Millionen Kubikmeter « ruhigen Eises » aus den oberen Schichten geben ihre Fallwärme, die sie selbst nicht brauchen, nach unten ab. Tief unten im Gletscher bewirkt dann die konzentrierte Fallwärme durch schnelles und ausgiebiges Wegschmelzen hindernder Eismassen die zum Fliessen nötige Deformation. Diese Tatsachen führen zu dem Schluss, dass die Dicke des Gletschers ein wesentlicher Fliessfaktor ist.
Auf seiner Reise stösst der Gletscher natürlich öfters auf Widerstände: das Tal krümmt und verengt sich, auch ist der Boden buckelig, so dass der Gletscher hier und da für kurze Strecken sogar gezwungen sein kann, bergauf zu fliessen. An und hinter all diesen Hindernissen staut sich das Eis, und die Folge dieser Stauungen ist, dass eine viel grössere Anzahl « ruhiger Kubikmeter » ihre Fallwärme in die Hinderniszone an der Unterseite des Gletschers überträgt. Gerade in der Hinderniszone wird also der Gletscher durch vermehrte innere Schmelzung viel nachgiebiger und beweglicher gemacht. Mit andern Worten: Durch die Fallwärme wird das Fliessen des Gletschers direkt geregelt.
Zusammenfassend sagt Holl: « Das Fliessen des Gletschers ist ein komplizierter Vorgang, der innig mit seiner Schmelzung zusammenhängt. Es kann nur stattfinden, indem gleichzeitig eine erhebliche berechenbare Menge Eis als Erdwärmeschmelzwasser und hauptsächlich als Fallwärmeschmelzwasser dem Gletscher zur Tiefe vorauseilt; nur unter wesentlichem inneren Substanzverlust kann der Gletscher fliessen, und nur unter starker Einbusse an Masse strömt er um seine Hindernisse herum und über sie hinweg. » — So zeigen unsere Betrachtungen, dass die Frage: « Warum fliessen eigentlich die Gletscher? » durchaus nicht naiv ist, wenn sie auch naiv klingt, dass ihre Untersuchung vielmehr zu zahlreichen Erkenntnissen führt, die alle miteinander höchst interessante Einblicke in die Wärmewirtschaft der Erde gewähren. Dabei dürfen wir aber nicht vergessen, dass der Gletscher und sein Eis noch viele andere Probleme bieten, von denen bisher nur wenige gelöst worden sind. Das Fliessen des Gletschers ist also nur ein Teil des Gletscherrätsels, allerdings ein sehr wichtiger. Aber selbst hier sind wir mit unsern Erkenntnissen längst noch nicht auf dem Grunde des Seins, denn wir sind vorderhand nicht imstande, dem Gletscher seinen gesamten « Fliessmecha-nismus » nachzurechnen, und solange das nicht möglich ist, bleibt immer noch ein Rest des Gletscherrätsels ungelöst.
Die Bergsteiger unter den Lesern aber mögen sich das nächste Mal, wenn sie an einem Gletscherbach stehen, erinnern, dass er sein schäumendes junges Dasein nicht nur den eisauftauenden Sonnenstrahlen verdankt, sondern zur Hauptsache zwei irdischen Wärmequellen, der Erdwärme und der Fallwärme des Gletschers, die im Verhältnis 1:10 an seiner Entstehung beteiligt sind. Wer daran denkt und an die damit zusammenhängenden Dinge, wird sicher den Gletscher in seiner majestätischen Ruhe noch mehr bewundern wie sonst. Auch der Gletscher lebt, wie alles in der Natur. Und alles in ihrem Riesenreich ist tiefster Geheimnisse voll. Man muss nur die Augen öffnen und sie suchen!
