Die Gletscher der Schweizer Alpen 1998/1999

Ergänzend zu den langfristigen Beobachtungen der Gletscherveränderungen liefern Eisbohrkerne aus kalten Firngebieten der Arktis, Antarktis und den sehr hoch gelegenen alpinen Gebirgsregionen der Erde wertvolle Informationen zu Klima und Atmosphärenzusammensetzung der Vergangenheit. Während die polaren Eisschilder vor allem die globalen Klimaänderungen der letzten 200000 bis 400000 Jahre widerspiegeln, decken die Eisbohrkerne aus dem Alpenraum als Klimaarchive vermutlich nur gerade knapp das Holozän (die letzten 10000 Jahre) ab. Sie liegen jedoch sehr nahe an den an-thropogen beeinflussten Zentren Mitteleuropas, was ihnen eine besondere Bedeutung verleiht. In den letzten Jahren wurden in mehreren in-terdisziplinären Projekten durch zahlreiche Forschergruppen aus allen Alpenländern Eiskerne gebohrt und ausgedehnte glaziologische und gla-ziochemische Untersuchungen an den Bohrlokalitäten und den Kernen durchgeführt (vgl. u.a. Oeschger et al. 1977, Haeberli et al. 1988, Wagenbach et al. 1988, Haeberli and Funk 1991, Blunier et al. 1995, Döscher et al. 1995). Schwerpunktmässig wurden an vier Orten Kerne geborgen: am Colle Gnifetti (4450 m ü. M., Monte-Rosa-Massiv), am Dôme du Goûter (4250 m ü. M., Montblanc-Gebiet), am Fieschersattel (3850 m ü. M., Berner Oberland) und am Colle del Lis (4240 m ü. M., Monte Rosa). Die Kerne erlauben Rückschlüsse auf die Atmosphärenzusammensetzung im vorindustriellen sowie im stark anthropogen beeinflussten Zeitraum der letzten 100 bis 1000 Jahre. Details zu neueren Analysen und Ergebnissen aus diesem Forschungszweig sind im Anhang beschrieben.

Gemäss WMO (World Meteorological Organization) schliesst das Jahr 1999 das wärmste Jahrzehnt und das wärmste Jahrhundert der letzten tausend Jahre ab. Seit 1860 werden die Temperaturen weltweit systematisch registriert. Die sieben wärmsten Jahre der Statistik traten alle in den 1990er-Jahren auf! Mit 0,3 bis 0,4 °C über dem Normalwert (1961-1990) liegt 1999 auf Rang 5 der wärmsten Jahre.

Auch in der Schweiz war das Berichtsjahr 1998/99 überdurchschnittlich warm und insbesondere im nördlichen Teil zu nass. Lange wird wohl auch der Winter mit den extremen Schneefällen und grossen Schadenlawinen in Erinnerung bleiben (vgl. Tab. 1).

Einzig der November und der Februar fielen zu kalt aus. Dem stehen die zu warmen Monate Januar, März, Mai, Juli, August und September gegenüber, also vor allem die für die Ausaperung der Gletscher wichtigen Sommermonate. Dies erklärt sich aus den bis Ende Oktober ausbleibenden Kaltlufteinbrüchen. Aussergewöhnlich warm waren der Mai (Schneeschmelze!) und der September, die Werte lagen zwischen 1,0 und 2,5 °C über dem langjährigen Durchschnitt (vgl. Fig. 1a).

Die Sonnenscheindauer erreichte lediglich rund 90% der Durchschnittswerte. Sonnenarm waren in den Alpen vor allem die Monate Februar bis Juni sowie der August.

Der Massenhaushalt wird in der Schweiz zurzeit an vier Gletschern mit verschiedenen Methoden bestimmt. Zu den bisher beobachteten Gletschern Aletsch, Gries und Silvretta ist neu noch der Ghiacciaio del Basòdino im Tessin dazugekommen. Dieser Gletscher hat eine Fläche von 2,4 km2 und erstreckt sich vom Gipfel des Basòdino auf 3272 m ü. M. über eine Höhendifferenz von ca. 700 m bis zu seiner breiten, auf einem Felsbett liegenden Zunge, die seit 1892 regelmässig vermessen wird. Seit 1992 wird zusätzlich auch jedes Jahr regelmässig die Massenbilanz mit der direkten glaziologischen Methode bestimmt (vgl. Fig. 2, Kappenberger and Aellen 1998).

Die diesjährigen Massenbilanz-ergebnisse zeigen ein recht inhomo-genes Bild. Am Silvrettagletscher in den Bündner Alpen, der dieses Jahr kaum ausgeapert war, gab es eine Dickenzunahme von +0,52 m Wasseräquivalent zu verzeichnen. Am Griesgletscher im Nufenengebiet war die Bilanz trotz der sehr grossen Schneemengen im Winter mit -0,58 m negativ. Auch der Basòdino hatte mit -0,44 m eine negative Bilanz. Die Aletschgletscher, an welchen die Bilanz mit der hydrologischen Methode bestimmt wird, hatten eine positive Bilanz von +0,24 m. Aus den Witterungsdaten der MeteoSchweiz (vgl. Fig. 1a und 1b) kann man schliessen, Figur 1a Sommertemperatur 1999 (Mittelwert 1.5.99 bis 30.9.99): Abweichung in Grad Celsius dass der höhere Niederschlag im Norden für die unterschiedliche Massenbilanz der Gletscher verantwortlich gewesen sein dürfte. Zudem war der Sommer, obwohl im Mittelland nicht sehr badefreundlich, wiederum viel zu warm, sodass auch die grossen Schneemengen dies vor allem in den südlichen Gebieten nicht kompensieren konnten.

Auf den Gletschern Giétro und Corbassière im Unterwallis werden im Auftrag der Kraftwerke Mauvoisin saisonale sowie jährliche Geschwindigkeiten gemessen. Bei diesen Messungen, welche seit 1966 durchgeführt werden, fällt auf, dass die Geschwindigkeiten noch nie so tief waren wie im letzten Jahr. So lagen zum Beispiel die Geschwindigkeiten am Pegel 6 im oberen Teil des Ablationsgebietes beim Glacier de Giétro im Jahre 1982 bei fast 120 m pro Jahr. Letztes Jahr erreichte der Gletscher an diesem Pegel gerade noch eine Geschwindigkeit von ca. 55 m pro Jahr, d.h., die Fliessgeschwindigkeit des Gletschers wurde in den letzten 18 Jahren halbiert. Beim Glacier de Corbassière kann die gleiche Tendenz festgestellt werden. Solche Geschwin- Figur 1a und 1b: Sommertemperatur 1999 und Jahresniederschlag 1998/1999: Abweichungen vom Normalwert 1901 bis 1960 (Quelle: MeteoSchweiz) Figur 1b Jahresniederschlag 1998/1999 (Summe 1.10.98 bis 3O.9.99): Abweichung in Prozent digkeitsabnahmen können mit dem Dickenverlust der Gletscher in ihrer Schwundphase parallel einhergehen.

Die Schweizer Gletscher haben sich auch 1999 in der Mehrzahl zurückgezogen. Dies zeigt die Auswertung der Daten, die die schweizerischen Gletscherbeobachter im Rahmen der alljährlichen Erhebungen für die Glaziologische Kommission der Schweizerischen Akademie der Naturwissenschaften (SANW) im Herbst 1999 auf den zum Teil beschwerlichen und immer länger werdenden Wegen zu ihren Gletschern gesammelt haben. Von den insgesamt 121 Messnetz-gletschern konnte bei 98 Gletschern die Zungenveränderung bestimmt werden (vgl. Fig. 4). Davon sind 9 vorgestossen und 85 sind auf dem Rückzug. Vier Gletscher veränderten ihre Zungenposition nur unwesentlich. Die Maximalwerte wurden mit einem Rückzug von -106 m am Allalingletscher und mit einem Vorstoss von +83 m am Turtmanngletscher gemessen.

Der diesjährige Vorstoss einiger Gletscher ist vor allem auf die ausserordentlich grossen Schneemengen des Winters 1998/99 zurückzuführen. Insbesondere kleine Gletscher sind in der Lage, auf solche kurzfristigen Witterungseinflüsse sehr schnell zu reagieren. Ihre Vorstossbeträge wer- den in der Regel durch Schneeanlage-rungen am Zungenende verursacht. Dieses Verhalten steht im Gegensatz zu «normalen» Gletschervorstössen. Diese sind oft eine Folge von langfristig kühler und niederschlagsreicher Witterung, die zu einem Massenüberschuss im Nährgebiet führt. Dieser Massengewinn pflanzt sich danach durch eine dynamische Reaktion bis zur Gletscherzunge fort. Gerade die grossen Gletscher benötigen aber zum Teil mehrere Jahre, bis sie auf Klimaveränderungen reagieren (vgl. Fig. 3).

Die Glaziologische Kommission der SANW ist bei der Beobachtung der Gletscher in der 120. Messperiode wiederum tatkräftig unterstützt worden. Ein besonderer Dank geht an die Helfer, auf deren regelmässiges Mitwirken wir angewiesen sind: an alle direkt oder indirekt beteiligten Personen bei den Forstdiensten der Gebirgskantone, bei den Kraftwerken Ägina, Mattmark, Mauvoisin und Oberhasli, im Bundesamt für Landestopographie, bei MeteoSchweiz, in der Landeshydrologie und -geologie, am Schweizerischen Institut für Schnee- und Lawinenforschung, in den Geografischen Instituten der ETH und der Universität Zürich sowie der Abteilung Glaziologie und der Direktion der VAW an der ETHZ. Ein weiterer Dank gebührt allen bei den Aufnahmen im Gelände oder bei der Daten- und Textbearbeitung im Büro privat mitwirkenden Personen.

Gletscher archivieren nicht nur den Schnee, aus dem sie gebildet werden, sondern auch die darin enthaltenen chemischen Spurenstoffe. Diese werden von den Schneeflocken auf dem Weg von der Wolke zur Gletscheroberfläche aus der Luft aufgenommen. Da sie dabei aus der Luft entfernt werden, reinigt sich deshalb die Atmosphäre. Was als Verunreinigung mit dem Schnee niederfällt, bleibt Schicht um Schicht im Gletscher deponiert und kann als Dokumentation der Luftverschmutzung vergangener Zeiten verwendet werden. Je nach Gletschermächtigkeit und Schneeakkumulationsrate ist in den Alpen die Geschichte der Luftverschmutzung über Zeiträume bis zu einigen tausend Jahren dokumentiert. Allerdings sind nur solche Gletscher geeignet, die das ganze Jahr Niederschlag in Form von Schnee erhalten, da Regen die chemische Chronologie zerstören würde. Solche kalten Gletscher sind in den Alpen erst in Höhen oberhalb von ungefähr 4000 m ü. M. zu finden (Funk, 1994). Deshalb konzentrierten sich bisherige Paläo-Atmosphärenstudien auf Gletscher im Monte-Rosa-Gebiet (Colle Gnifetti, Grenzgletscher, Lysjoch ), im Montblanc-Gebiet (Col du Dôme) sowie im Berner Oberland (Fiescherhorn Plateau).

So einfach das Prinzip der tiefgekühlten Aufbewahrung von Schadstoffen der Vergangenheit auch erscheinen mag, so anspruchsvoll ist das Entnehmen von Proben und Ana-lysieren solcher Archive. Dazu hat sich ein speziell für den Einsatz im Hochgebirge konstruierter Leichtgewichts-Eiskernbohrer1 bewährt. Dieser elektromechanische Eisbohrer wird durch flexible Solar-Panels oder einen Generator mit Strom versorgt. Die so gewonnenen Eiskerne haben einen Durchmesser von etwa 8 cm und eine maximale Länge von 90 cm pro Bohr-hub. Das Gesamtgewicht des Eisboh-rers beträgt nur 230 kg, inklusive Bohrzelt und Stromversorgung. Dazu kommt, dass jedes Einzelteil durch Träger transportiert werden kann. Das ist besonders wichtig für den Gebrauch im extremen Hochgebirge wie beispielsweise in den Anden, wo Helikopter nicht mehr für den Materialtransport einsetzbar sind.

Die Eisbohrkerne werden noch auf dem Gletscher ausgemessen, dann in kürzere Stücke zersägt, in Plastik-schläuche verpackt und gefroren ins Labor transportiert. Dort erfolgt im Tiefkühlraum bei -20 °C die weitere Verarbeitung wie Dichtebestimmung, Entfernen der eventuell durch den Transport verschmutzten äusseren Schicht sowie Zersägen in Teilstücke. Nach dem Auftauen dieser Teilproben werden die unterschiedlichen chemischen Spurenstoffe analysiert (Schwikowski, 1997).

«Jahrringe» beim Eis

Die erste Aufgabe besteht in der Bestimmung des Alters der Eisproben. Dazu eignen sich mehrere Methoden. Das Abzählen von Jahresschichten analog zur Baumjahrringdatierung liefert die genauesten Ergebnisse, ist aber nur anwendbar bei Gletschern mit hohen jährlichen Niederschlagsmengen (Akkumulations-raten) (vgl. Fig. 5, Schwikowski et al., 1999a; Eichler et al., 2000). Dabei nutzt man die Tatsache, dass sich die Schneekristalle von Sommer- und Winterniederschlägen geringfügig in ihrer Zusammensetzung unterscheiden ( unterschiedliche 8180-Gehalte im H2O-Molekül). Diese Unterschiede können mit empfindlichen Analyse-geräten bestimmt werden.

Für Gletscher mit unregelmässiger Deposition der Niederschläge, z.B. in Sattellagen wegen starker Winderosion, kann eine andere Methode eingesetzt werden: die nukleare Datierung. Dabei wird eine in der Atmosphäre vorkommende natürliche radioaktive Form von Blei (Pb-210) verwendet, die mittels Niederschlägen auf die Gletscheroberfläche gelangt. Diese Technik erlaubt eine Altersbestimmung über etwa hundert Jahre (Gäggeler et al., 1983; Eichler et al., 2000).

Einschlüsse als Zeitmarker

Zusätzlich können auch die im Gletscher gespeicherten Überreste von historischen Ereignissen als Zeit-marker benutzt werden wie beispielsweise die erhöhte Radioaktivität in der Atmosphäre auf Grund von oberirdischen Atombombentests der Amerikaner und Russen in den Sechzigerjahren oder des Reaktorunfalls in Tschernobyl 1986, Andere Beispiele sind erhöhte Calcium-Einträge durch dokumentierte Saharastaubereignisse sowie erhöhte Sulfatkonzentrationen als Folge von historisch bekannten Vulkanausbrüchen (Döscher et al., 1995, 1996). Ausserdem kann der aus 30 Messungen im Grönlandeis gut bekannte Verlauf des Gehaltes von Methan in der Atmosphäre, einem bekannten Treibhausgas aus biogenen Emissionsquellen, für eine indirekte Datierung beigezogen werden. Unabhängig von chemischen Methoden haben sich auch rein glaziologische Berechnungen der Tiefen-Alters-Beziehung eines Gletschers für eine ungefähre Datierung bewährt (Wagner, 1996; Lüthi, 2000).

Durch Kombination all dieser Methoden konnte beispielsweise für einen Eisbohrkern vom Colle Gnifetti (4450 m ü. M.) eine kontinuierliche Chronologie erstellt werden  vgl. Fig. 6). Allerdings ist die Unsicherheit über das Alter der tiefsten Schicht nahe am Felsbett mit einem Minimalwert von 2000 Jahren und einem Maximalwert von über 10000 Jahren gross. Dies erlaubt die Aussage, dass das älteste Eis am Colle Gnifetti mindestens aus der Römerzeit stammt, evtl. sogar aus der Zeit kurz nach der letzten Eiszeit.

Schadstoffentwicklung in den Alpen

Faktor Industrialisierung

Alle untersuchten Gletscherarchive zeigen übereinstimmend eine deutliche Zunahme der Konzentrationen verschiedener Schadstoffe im Verlauf des 20. Jahrhunderts (vgl. Fig. 7). Sulfat (SCU2) wird in der Atmosphäre aus Schwefeldioxid gebildet, das durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen wie Kohle und Erdöl entsteht. Der starke Konzentrationsanstieg seit Ende des 19. Jahrhunderts ist auf den zunehmenden Verbrauch dieser Brennstoffe im Zuge der Industrialisierung zurückzuführen (Schwikows-kietal., 1999b).

Faktor Intensivierung von Land- und Viehwirtschaft Dies ging einher mit einer Intensivierung der Land- und Viehwirtschaft, der hauptsächlichen Emis-sionsquelle von Ammoniak (NFh), das im Gletscher in Form von Ammonium (NH4+) gespeichert wird (Döscher et al., 1996).

Nitrat (NO3) entsteht in der Atmosphäre aus Stickoxiden, die vorwiegend von Kraftfahrzeugen emittiert werden. Die Nitrat-Konzentration steigt erst ab zirka 1940 stark an, in Übereinstimmung mit der gut dokumentierten Verkehrszunahme in dieser Zeitperiode. Russ wird bei der unvollständigen Verbrennung von Kohle, Öl, Diesel und Benzin freigesetzt. Er zeigt daher einen sehr ähnlichen Konzentrationsverlauf wie Sulfat mit einem Anstieg entsprechend dem Verbrauch dieser Energieträger (Lavanchy et al., 1999). Das Schwermetall Blei gelangt durch Bleiverhüttung, Kohleverbrennung und durch die Verwendung von verbleitem Benzin in die Atmosphäre. Die Blei-Konzentrationen zeigen bereits im 19. Jahrhundert einen merklichen Anstieg auf Grund der intensiven Bergbautätigkeit. Die bis Anfang 20. Jahrhundert zunehmenden Blei-Konzentra-tionen widerspiegeln die zusätzlichen Emissionen aus der Kohleverbrennung; sie nehmen aber mit der Welt-wirtschaftskrise und dem 2. Weltkrieg vorübergehend ab. Die extreme Zunahme der Blei-Konzentrationen zwischen 1945 und 1970 ist auf den vermehrten Verbrauch von verbleitem Benzin zurückzuführen.

Die Emissionen zweier weiterer Schadstoffe - Chlor- und Fluorwasser-stoff-sind ebenfalls deutlich in den Chlorid- und Fluoridkonzentrationen im Gletschereis dokumentiert. Chlor-wasserstoff stammt hauptsächlich aus Kehrrichtverbrennungsanlagen (PVC-Verbrennung), während Fluor- wasserstoff von der Aluminiumindustrie emittiert wird. Die gute Übereinstimmung der Konzentrationen im Gletschereis mit den Emissionsabschätzungen für die Schweiz deutet daraufhin, dass im Fall dieser beiden Schadstoffe die Verursacher in der Schweiz zu suchen sind (vgl. Fig. 8).

Erfreulicherweise dokumentieren die Alpengletscher auch die Fortschritte im Umweltschutz. Alle diskutierten Schadstoffe zeigen seit ungefähr 1970 einen klaren Trend zu geringeren Konzentrationen. Dies ist die Konsequenz aus unterschiedlichen Luftreinhaltemassnahmen wie Einsatz von Filteranlagen in Kraftwerken, in Kehrichtverbrennungsanlagen und in der Aluminiumindustrie, die zunehmende Verwendung schwefel-armer Öle sowie die Einführung von Katalysatoren und von bleifreiem Benzin. Inzwischen ist dank diesen Massnahmen die Konzentration der meisten Schadstoffe bereits wieder auf das Niveau von etwa 1940/50 gesunken.

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