Gebirgspermafrost und Blockgletscher
Gesteine. Dies, obwohl die sichtbare Oberfläche, sobald die letzten Schneereste geschmolzen sind, aus Blöcken und Steinen besteht, teilweise gar bewachsen ist. Der Fachmann erkennt solche Gebiete ziemlich leicht, während sie von Bergbewohnern und Alpinisten kaum wahrgenommen werden.
In den Gebirgsregionen unterscheidet man:
Aktive Permafrostböden: Sie enthalten einen beträchtlichen Anteil an Eis und bewegen sich ( kriechen ) aufgrund der Schwerkrafteinwirkung in unterschiedlicher Weise talwärts.
Inaktive Permafrostböden: Sie enthalten ein wenig Eis, kriechen jedoch nicht mehr oder noch nicht.
Reliktische oder fossile Permafrostböden: früher aktive Permafrostböden, die einen Teil ihrer Struktur erhalten haben. In allen Regionen Europas, die vom Eis der beiden letzten Eiszeiten Wurm und Riss bedeckt waren, fanden Geologen unzählige Zeugen fossilen Permafrostes. Insbesondere im Jura und in den Voralpen gibt es solche in grosser Zahl.
Der Permafrost im Gebirge erstreckt sich ungefähr zwischen der -2°C-Isotherme und der Gleichgewichtslinie der Gletscher, also der Grenze zwischen dem Nährgebiet, wo die jährliche Schneebilanz positiv ist, und dem Zehrgebiet, wo der Gletscher jedes Jahr Eis durch Abschmelzen verliert ( vgl. Fig. 3 oben, S.45 ). In der Schweiz liegt die Gleichgewichtslinie der Gletscher auf zirka 2800 m ü.M. ( auf der Alpennordseite ) resp. 3000 m ü.M. ( auf der Alpensüdseite ). Der durch diese beiden Grenzen gegebene Höhenbereich hängt von verschiedenen klimatischen Faktoren ab, wie aus den schematischen Darstellungen in Fig. 3 unten ( vgl. S.45 ) hervorgeht. Ausser von den Jahresmittelwerten der Temperatur hängt der vertikale Bereich vor allem von der Niederschlagsmenge ab. In den maritimen ( niederschlagsreichen ) Gebieten fehlt der Permafrost gänzlich, während er bei sehr trockenem ( kontinentalem ) Klima bisweilen sogar unterhalb der Waldgrenze beobachtet werden kann.
Natürlich gibt es oberhalb der Gleichgewichtslinie der Gletscher auch Gebiete ohne Schneefelder oder Gletscher, die durchgefroren sind. Im wesentlichen sind dies jedoch felsige Steilwände.
In den Schweizer Alpen und in wenig besonnten Hängen tritt Permafrost oberhalb ungefähr 2300 m ü.M. auf ( vgl. Fig.4, S.46 ).
Woraus besteht denn eigentlich der Permafrost der Alpen? Bis vor kurzem kannte man den inneren Aufbau des Gebirgspermafrostes kaum. Die touristischen Bauten im Hochgebirge und umfangreiche wissenschaftliche Projekte mit Bohrungen Temperaturgradient, aus dem die über mehrere Jahrhunderte gemittelte Oberflächentemperatur T hervorgeht.
Temperaturschwankungen in einem Boden mit Winterfrost ( Dysli [1] ) Grenzen des Gebirgs- S permafrosteso Klimakontinental
erbrachten neue Erkenntnisse über den Permafrost. Diese Bohrungen zeigten, dass der Anteil an Eis noch grösser ist als zuvor angenommen. So hat beispielsweise beim Bau der Klein-Matterhorn-Bahn eine Bohrung durch eine gefrorene Moräne einen Eisgehalt zwischen 50 % und 80 % ergeben ( gemeint ist dabei das Verhältnis zwischen Eis und Gesteinsmaterial ). Fig. 5 ( S.47 ) stellt die wichtigsten Ergebnisse einer Permafrostbohrung zusammen,
Fig. 2 Temperaturschwankungen in einem Permafrostboden ( Dysli [1] ) Auftauschicht Khma-abkühlung Klimaerwärmung
- Permafrost
-25-20-15-10 -5 0 5 TemperaturC] Temperaturgradient, aus dem die über mehrere Jahrhunderte gemittelte Oberflächentemperatur 4002500 Mittlere Jahresniederschlag [mm]
die 1987 die « Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie » ( VAW ) der ETH Zürich nahe der Mittelstation der Luftseilbahn auf den Corvatsch ( GR ) durch einen kriechenden Permafrost ( einen sogenannten Blockgletscher ) durchführte. Auch hier fand man einen beträchtlichen Eisanteil.
Wissenschaft und Bergwelt c 01 _a et
Bildung von Gebirgspermafrost
Wie bildet sich Permafrost im Hochgebirge? Es gibt verschiedene Hypothesen, wobei einige sehr umstritten sind. Für die einen handelt es sich um Überreste sich zurückziehender Gletscher. Für andere bildet er sich unter ganz bestimmten klimatologischen und geologischen Bedingungen. Die Vorsichtigen halten beide Theorien für möglich, kombiniert oder für sich alleine. Moränen können zum Beispiel durch den Kontakt mit dem Gletscher gefroren sein.
Eine mögliche Permafrostbildung ausserhalb von Moränen ist in Fig. 6 ( S.50 ) schematisch dargestellt. Im Winter ist der dauernd gefrorene Boden durch die Schneedecke und Lawinen zugedeckt. Ab Ende des Frühlings und im Sommer überfahren Steinschlag und Murgänge ( Schlammlawinen, die auch sehr grosse Steinblöcke mitreissen können ) nach und nach den Schnee und begraben ihn gleichzeitig. Ist der Sommer nicht allzu warm und liegt vom Winter und Frühling noch beträchtlich Schnee, bleibt eine Schneeschicht unter dem Schutt zurück. Dieser schützt den Schnee vor der Sonnenstrahlung. Der Schnee verwandelt sich zu Eis. Dieser Schutz gegen die Sonnenstrahlung macht es auch möglich, dass Permafrost bisweilen bis weit unter- 550 600 650 250 Permafrost in NO- bis NW-Expositionen Gebiete mit Temperatur-Jahresmittel
halb des Zehrgebietes der Gletscher auftreten kann. Dieser Prozess wiederholt sich Jahr für Jahr, und so kann sich der Permafrost allmählich entwickeln. Dieser Prozess bezieht mit ein, dass sich Permafrost nur zusammen mit einer beträchtlichen Schuttpro-duktion bilden kann, nämlich beispielsweise zuhinterst in einem durch steile Felswände geprägten Tal.
Es ist aber auch möglich, dass sich Permafrost von innen heraus zwischen zwei 0°C-Isothermen im Innern des Boden selbst ausbilden kann. Dies geschieht durch Anlagerung von Wasser und anschliessende Umwandlung zu Eis ( ein Phänomen der Bildung von Eislinsen in Böden, die im Französischen auch « gélifs » genannt werden; für nähere Einzelheiten siehe [1] ).
Wie die Gletscher, so stellt auch der Permafrost ein Wasserreservoir dar. Am Ende des Sommers oder im Herbst, wenn die Schneeflecken im Penna-frostgebiet verschwunden sind, beobachtet man ein Durchsickern von Wasser an die Oberfläche, das hier kleine Bäche bildet. Dies ist das Ergebnis des Auftauens von Eislinsen unmittelbar unter der Oberfläche und gleichzeitig einer der Gründe, wes- 700 750 800 850 halb es in den Alpenbächen auch nach der sommerlichen Schneeschmelze noch ziemlich viel Wasser gibt.
Blockgletscher
Meistens besteht der Penna Trost aus einem beträchtlichen Anteil an Eis, und infolge der Wirkung der Schwerkraft verhält er sich wie ein Gletscher und fliesst talwärts. Das Aussehen solcher talwärts kriechender, gefrorener Schutthalden gleicht in der Tat ein wenig einem Gletscher. Deshalb hat man schon vor langer Zeit diesem Kriechphänomen des alpinen Permafrostes den Namen Blockgletscher oder Steingletscher ( Blockstrom ) gegeben. Abb. 1 bis 4 ( S. 48/49 ) zeigen vier sehr typische Blockgletscher der Alpen. Jener im Arbole-Tal oberhalb Aosta, südlich des Mt. Emilius, und derjenige im Val Sassa im Schweizerischen Nationalpark ( der ohne Bewilligung zugänglich ist ) sind dabei die spektakulärsten. Ein Besuch ist sehr zu empfehlen.
In der Schweiz geht die erste genaue Beschreibung eines Blockgletschers auf André Chaix ( 1923 [5] ) zurück. Er beschreibt mehrere Blockgletscher aus dem Engadiner Nationalpark, darunter auch jenen im Val Sassa. Interessanterweise dachte Chaix seinerzeit nicht daran, dass Blockgletscher einen namhaften Anteil an Eis aufweisen könnten.
Fig. 5 Ergebnisse der Bohrungen und Messungen im Blockgletscher Murtèl-Corvatsch ( GR ). Angepasst nach D. Vonder Mühll [3].
Horizontale Verschiebung 50100 mm Schnitt durch den Blockgletscher Murtèl-Corvatsch Bohrung 2 / 1987 Der rechte Teil von Fig. 5 ( S.47 ) zeigt, wie ein Blockgletscher talwärts fliesst ( Deformationsmes-sungen eines Bohrloches ).
W. Haeberli [2] hat die in Fig. 7 ( S. 50 ) schematisch dargestellte Entstehung von Blockgletschern vorgeschlagen. Dieses Schema verbindet jenes aus Fig. 6 ( S. 50 ) mit dem Talwärtskriechen des Permafrostes.
Weitere mit Permafrost verbundene Phänomene
Blockgletscher sind die auffälligsten Phänomene von Permafrost im Gebirge. In solchen Böden wie auch in jenen, die starkem Winterfrost ausgesetzt sind, ohne jedoch dauernd gefroren zu sein, treten weitere bemerkenswerte Phänomene auf.
Beispielsweise ist in steilen Rasen oder Schutthalden besonders beim flachen Morgen- oder Abendlicht eine Art girlandenförmige Wülste zu beobachten, die B. Francou [6] « fronts de pierres » nennt ( auf deutsch werden diese Formen Steinstreifen oder auch Steinringe genannt ). Während der Gefrierperiode bilden sich Eislinsen, die die Steine in die Höhe heben. So sammeln sich über Jahre die Blöcke allmählich an und formieren sich Wissenschaft und Bergwelt Abb. 1 Blockgletscher am Pas de Lona ( VS ), heutzutage grösstenteils fossil ( relik-tisch ); LK 1:25000, 1307 Vissoie, Koord. 11O.900/606.900 Abb. 2 Blockgletscher im Tal von Arbole, nahe Aosta, rechterhand beim Aufstieg vom Lago d' Arbole zum Passo Tre Capuccini, 2650-2900 m ü.M., Karte Kompass 1:50000 Nr. 86 Gran Paradiso - Valle d' Aosta ( Koord, 2/G ) 01 a.
Foto: Michel Dysl Abb. 3 Blockgletscher Seetal ( VS ) nahe Grächen; LK 1:25000, 1308 St. Niklaus, Koord.
113.500/633.500 Wissenschaft und Bergwelt
zu den oben beschriebenen charakteristischen Gebilden. Häufig sieht man auch eine Art Pflasterung, die sich nach demselben Prinzip bildet.
I Bauen im Hochgebirge
Folgende Bauwerke im Hochgebirge können unter den spezifischen Bedingungen des Permafrostes besonderen Problemen ausgesetzt sein:
Gebirgshütten ( vor allem alpine Unterkünfte ),
Bergstationen und Masten von Bergbahnen,
gewisse Einrichtungen von Wasserkraftwerken wie zum Beispiel Wasserfassungen.
In solchen Fällen müssen technische Lösungen, die dem Permafrost Rechnung tragen, gefunden werden, um Beschädigungen der Bauwerke zu vermeiden.
Winter
Sommer
Herbstniesel Grundwassern uss Eine mögliche Entstehungs-form von Permafrost
In den Alpen, insbesondere zwischen ungefähr 2400 und 3000 m ü.M., ist jedoch nicht leicht herauszufinden, ob bei einem Bauwerk mit Permafrost gerechnet werden muss oder nicht. Viele Bauingenieure erkannten dies jeweils erst während der Bauarbeiten und sahen sich dann gezwungen, ihre Projekte entsprechend anzupassen - mit entsprechenden Kostenfolgen!
Im Zweifelsfall ist es jedenfalls besser, von Anfang an mit Permafrost zu rechnen, als im letzten Moment das Bauwerk den besonderen Bedingungen anzupassen oder gar während Jahren die Schäden in Kauf zu nehmen, die durch schmelzende Eislinsen verursacht werden. Der Schmelzprozess kann durch das Bauwerk selber oder aber durch eine Klimaerwärmung begründet sein.
Bergsteigerunterkünfte und ähnliche Bauten sollten deshalb beispielsweise eine sehr starre Struktur ( Fundamente und Mauern ) aus armiertem Beton aufweisen, mit der ein unterschiedliches Einsinken aufgrund schmelzenden Permafrostes aufgefangen werden könnte. Ein solches Bauwerk ist auch gegen Lawinen besser geschützt als jene
Lawinenkegel kleiner Blockgletscher ( Protalus rampart - Firn, Schutt ) aktiver Blockgletscher kleiner Gletscher historische Moräne
I17
j- aktiver Blockgletscher
inaktiver Blockgletscher Schnee, Firn / reliktischer ^H £{sL Blockgletscherj .r——i Permafrost Schutt Fig. 7 Entstehung schers nach eines Blockglet-W. Haeberli [2] immer noch weitverbreiteten Bauten, die über ein mit Fugen versehenes Steinmauerwerk verfügen.
Für leichte Konstruktionen, die in der Regel vorfabriziert sind, sind ähnliche Lösungen wie im Hohen Norden zu empfehlen ( siehe [1] ).
Auswirkungen einer Klimaänderung
Seit der Kleinen Eiszeit ( ungefähr von 1350 bis 1850 ) erwärmt sich das Klima in unseren Breiten. Das ist eine unbestrittene Tatsache. Was die allfällig beschleunigte Tendenz der Erwärmung angeht, braucht es noch mehrere Jahre, um sie mit Messungen objektiv nachzuweisen. Beispielsweise zeigen die Temperaturmessungen auf dem Säntis ( 2500 m ü.M. ), dem Grossen St.. " " .Bernard ( 2479 m ü.M. ) und in Davos ( 1590 m ü.M. ) zwischen 1901 und 1994 eine Erwärmungstendenz von +1,. " " .2°C im Sommer. Im Gebirge fallen in erster Linie der Rückzug der Gletscher und das Auftauen des Permafrostes auf, wobei ersteres Ursache des letzteren sein könnte.
Zur Zeit eines Gletscherrückzuges, wenn die Bodentemperatur an der Oberfläche über ein Jahr gemittelt leicht über 0°C liegt, braucht es Jahre, bis die Temperatur im Innern der Moräne positiv wird und alles Eis geschmolzen ist. Aufweichungen, Setzungen, ja sogar Murgänge wären das Ergebnis dieses Auftauens des Permafrostes; Ereignisse, unter denen zum Beispiel Bauten auf einer Moräne in Mitleidenschaft gezogen würden.
In Fig. 8 ( S. 51 ) ist dieser Prozess dargestellt, basierend auf einem wirklichen Fall. Die Berechnungen wurden mit einem numerischen Modell durchgeführt. Der Gletscherstand sowie die Oberflächentemperaturen wurden näherungsweise angenommen, da für die betreffende Zeitspanne keine Messungen vorliegen. Die Oberflächentemperaturen berücksichtigen die unterschiedliche Sonneneinstrahlung in den verschiedenen Hanglagen.
beschädigte Berghütte; die später abgebrannt ist...
SO- Jahresmitteltemperatur der Luft ca.1°C ohne Gletscher +1° C 1920 +0,. " " .5° C
A X
m.ü.M 2550 2500 2450 2400 Das Schmelzen des im Permafrost enthaltenen Eises kann sehr schnell erfolgen. Dies, weil die latente, Sthmelzenergie des Eises vollständig für das Auftauen des Eises gebraucht wird. Dieses Schmelzen erfolgt also sehr schnell ( innerhalb einiger Tage ), und deshalb können sich, wenn das Gelände steil ist, Murgänge bilden. Solche Ereignisse können katastrophale Folgen haben ( z.. " " .B. Ritigraben in der Nähe von Grächen, VS ). Das war glücklicherweise nicht der Fall in La Fouly ( VS ), wo Murgänge am 1O. Juli 1990 lediglich kleinere Schäden anrichteten ( vgl. Abb. 5, S. 49 ). Eine Hypothese besagt, dass die Moräne des Glacier du Dolent im Bereich des auftauenden Permafrostes liegt.
Schlussfolgerungen
Die Gletscher ziehen schon seit langem die Aufmerksamkeit der Bergsteiger und Wissenschaftler auf sich. Dagegen ist der Gebirgspermafrost wenig bekannt, obwohl auch er grossen Reiz hat für alle, die sich beruflich oder als Hobby für das Gebirge interessieren. Das Ziel dieses Beitrags bestand darin, Bergwanderern und Alpinisten einen Einblick in die Art, die Bildung und das Verhalten dieses speziellen Bodentypus zu geben. So können solche Formen besser erkannt und die damit verbundenen Phänomene beobachtet werden.
Literatur
[1] Dysli, M., Le gel et son action sur les sols et les fondations, Presse polytechnique et universitaire romande, 1991, 250 p.
[2] Haeberli, W., Creep of mountain permafrost. Mitteilungen Nr. 77, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETHZ 1983 [3] Vonder Mühl, D., Geophysikalische Untersuchungen im Permafrost des Oberengadins. Mitteilungen Nr. 122, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie der ETHZ 1993 [4] Barsch, D., Active rock glaciers as indicators for discontinuous alpine permafrost. Proc. of third Int. Conf. of Permafrost, Edmonton 1978 [5] Chaix, A., Les coulées de blocs du Parc national de l' Engadine. Le Globe, LXII, Mém., 1923 [6] Francou, B., Hautes montagnes, passion d' exploration. Masson 1993 Aus dem Französischen übersctzl von Dr. Daniel Vomier Mühll, Windisch Auswirkungen eines Gletscherrückzuges auf eine durchgefrorene Moräne und insbesondere auf die Isothermen 0,1 und -2°C ( Dysli [1] ) e a
Upine Geschichte, Cultur, Erzählungen
Storia, cultura, letteratura alpina
listoire, culture
ît littérature alpines
Ein aussergewöhnlicher Film über eine aussergewöhnliche Kletterin 35 Jahre nach der Besteigung der Nose durch Warren Harding, Wayne Merry und George Withmore gelingt Lynn Hill im September 1993 die erste Rotpunkt-Begehung. Ein Jahr später, am 24. September 1994, nimmt Lynn Hill die wohl grösste Herausforderung ihrer Karriere in Angriff, als sie in die Wand einsteigt, um diese in einem eigentlichen Klettermarathon von 23 Stunden Dauer Rotpunkt - d.h. jede Seillänge als Seilerste - frei zu durchklettern. Der Film Free climbing the Nose verbindet die besondere Atmosphäre, die unglaubliche Leistung und die Persönlichkeit von Lynn Hill zu einem in sich geschlossenen atemberaubenden Ganzen.
Viel Neues aus dem alpinen Filmschaffen Neben Free climbing the Nose werden im Schweizerischen Alpinen Museum fünf weitere spannende und
