Gletscherwärmewirtschaft

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Ein Kapitel aus der Gletscherphysik.

Von Alfred Holl.

In wundervollem Flusse schmiegt sich die Gletschermasse an die Talgestalt, stetig und unaufhörlich dahinströmend und jahraus, jahrein arbeitend wie ein Uhrwerk.

Warum fliessen die Gletscher?

« Sie fliessen, weil das Eis plastisch ist, weil es nachgiebig, formbar, biegsam, bildsam ist. » Diese heute herrschende Meinung, die « Plastizitätstheorie der Gletscherbewegung », ist 100 Jahre alt — so alt wie die Gletscherkunde. Sie stammt aber nicht vom Vater der Gletscherkunde, denn dieser, Ludwig Agassiz, war ein umfassender und unermüdlicher Forschergeist, dem nichts ferner lag als das Ausruhen auf dem bequemen Sofa einer Theorie. Bahnbrechende Forschungsarbeit leistete Agassiz; man wusste ja damals noch nicht, was ein Gletscher ist; man hielt die Gletscher allen Ernstes für nur 80 Fuss dick; die strahlenden Firnhäupter des Hochgebirgs aber dachte man sich ganz aus Eis bestehend ( « Eisgebirge » ).

Nicht nur Agassiz, sondern fast alle Forscher stellten sich damals der unbefriedigenden Plastizitätstheorie entgegen, und noch vor 50 Jahren musste Albert Heim, dieser grosse, in unsre Tage hereinragende Klassiker der Alpenforschung, schreiben: « Das Rätsel des Fliessens der Gletscher ist noch nicht erforscht. Bis jetzt hat noch niemand eine durchgreifende Theorie der Gletscherbewegung zu geben vermocht. » Schliesslich aber nahm man die Plastizitätstheorie mit schwächer werdendem Widerstreben an; man sah ein: Wichtiger als alles Theoretisieren ist die praktische Forschungsarbeit. Mathematiker, Geologen, Geographen, Polarfahrer gingen an die Front, setzten Agassiz'und seiner Freunde Werk fort, trugen unzählige wertvolle Forschungsergebnisse zusammen machten so die Gletscherkunde zu der schönen, wohl ausgebauten Wissenschaft, an der wir Heutigen uns nun erfreuen dürfen.

In ihren ersten Jahrzehnten hatte die Plastizitätstheorie bedeutende Physiker zu ihren Gegnern, die hartnäckig nach einem Schmelzvorgang suchten, den man an die Stelle der plastischen Verformung des Eises setzen könne. Dass die Gletscher, äusserlich betrachtet, sich wie plastisch geberden, ist ja selbstverständlich. Aber die Forschung sieht oft in einer ganz gewöhnlichen Erscheinung ein Problem, sie wandelt in einer Welt von Wundern, wo für den Laien sich alles von selbst versteht. Mit dem Staunen über das Alltägliche fängt die Forschung an. Schon Agassiz und seine Freunde erkannten, « dass die Plastizität mehr scheinbar ist als reell. Die Gletscher tragen, in der Nähe gesehen, alle Merkmale der starren Körper an sich. Ausserdem findet die Plastizitätstheorie in ihrer speziellen Anwendung eine Menge Schwierigkeiten, die sie unannehmbar machen. » ( Diese Sätze sind fast 100 Jahre alt !) In der Tat, es ist sonderbar, anzunehmen, eine plastische Masse, ein Brei oder eine dicke Flüssigkeit, könne, wenn man sie in ein enges, tiefes und steil eingeschnittenes Gebirgsflusstal giesst, die Kulissen der Talwände mit titanischer Gewalt hinwegräumen und sich einen breiten, bequemen, muldenförmigen Taltrog schaffen. Der Gletscher fabriziert Grundmoränenschutt, er pulverisiert härtestes Kieselgestein aufs allerfeinste ( Gletschermilch ). Man hat beobachtet, dass ein grosser Granitblock, zwischen Eis und Fels eingeklemmt, vom Gletscher in wenig Wochen zu kleinen Stücken zerdrückt wurde. Felsblöcke, in Gletscherspalten gefallen, wurden zerknackt. Eine zähe Flüssigkeit kann das nicht! Hier geht es starr auf starr!

Der grosse Physiker Helmhollz, vor 70 Jahren, fragt verwundert: « Wie ist es möglich, dass Eis, die sprödeste und zerbrechlichste aller bekannten festen Substanzen, im Gletscher gleich einer zähflüssigen Masse fliessen soll? Man ist geneigt, dies für eine der unnatürlichsten und abenteuerlichsten Behauptungen zu erklären, welche je von den Naturforschern aufgestellt worden sind. » Ein anderer grosser Physiker, Tyndall, dessen alpines Wirken ebenfalls 70 bis 80 Jahre zurückliegt, suchte die Gletscherbewegung durch Regelation ( Wiedergefrieren ) zu erklären. Nasse Eisstücke frieren bekanntlich zusammen. Nach Faraday und Tyndall ist die Regelation nur eine Kontaktwirkung. Thomson und nach ihm Helmholtz erkannten aber, dass jeder Regelation eine Druckschmelzung vorangegangen sein muss, und mittels dieser Druckschmelzung samt Regelation wollten sie das Gletscherrätsel erklären. Heute sieht man leicht ein, dass man damit nicht zurechtkommt. Heiss war aber damals der Kampf der Anschauungen, besonders zwischen Tyndall und Thomson. Schliesslich einigten sich Tyndall und Helmholtz dahin, dass die physikalische Ursache der Regelation noch als eine offene Frage zu betrachten sei. In der Tat spielt hier auch die Oberflächenspannung mit; sie beherrscht die Erscheinung der Rekristallisation ( Umkristallisieren ) und beeinflusst das Wandern der Eismoleküle vom einen zum andern Eisstück. Man kann z.B. weit unter 0°, wo Druckschmelzung gar nicht in Frage kommt, einen Haufen Eisstücke zusammengefrieren lassen, besonders wenn man etwas Schnee darunter mischt, der durch sein Verdunsten und Wiederankristallisieren den nötigen Kitt liefert. Dieser Vorgang braucht freilich viel mehr Zeit als die Regelation nach Druckschmelzung.

Beide Forscher, Tyndall und Helmholtz, nahmen den Gletscher statisch, als ein Ding. Der Gletscher aber ist Dynamik, Energie. Wir werden den Unterschied dieser Betrachtungsweisen kennenlernen.

Weil die Theorien der Physiker nicht befriedigten, sagte man schliesslich bescheiden: Eis ist ein fester Körper, der eben die Eigenschaft besitzt, wie ein dickflüssiger zu fliessen. Statt Plastizität sagte man später gern « Fluidität » ( Fliessvermögen ).

Betont muss werden: niemand kann bezweifeln, dass Eis plastisch ist. Denn es gibt keinen absolut starren Stoff. Es handelt sich für uns nur um die Grössenordnung dieser Plastizität und um die Verwechslung der Schmelzverformung mit plastischer Verformung. Die schönen Regelationsexperimente, die man in allen Schulbüchern findet, haben mit Plastizität gar nichts zu tun.

Das Eis der Gletscher ist durchaus nicht plastischer als z.B. Steinsalz, welches man in starken Pressen leicht verformen kann. Nun weiss man, dass Salzlager in langen geologischen Zeiträumen unter sehr starkem Druck durch seitlichen Gebirgsschub auf allerlei Weise verformt werden; sie werden zusammengequetscht, emporgequetscht, zwischen andere Schichten hineingequetscht usw. Aber wenn wir uns denken, der Unteraargletscher, die Geburtsstätte der Gletscherkunde, bestehe aus Steinsalz, so würde er gewiss nicht 80 m jährlich fliessen, sondern ziemlich ruhig liegen bleiben.

Dass Eis nachgiebiger ist als etwa Granit, ist klar. Hier handelt es sich aber nicht um Formbarkeit, sondern um Festigkeit. Eine schlanke Säule aus Eis von 300 m Höhe ( aber nicht eine Gletschermasse ) würde durch ihr Gewicht ihren eigenen Fuss zerquetschen. ( Viel eher erfolgt das Zerknicken, aber dagegen denken wir uns die Säule geschützt. ) Soll nun dies Gedankenexperiment mit einer Granitsäule gelingen, so darf sie schon ein paar Kilometer hoch sein ( und das Zerquetschte würde in diesem Fall recht warm werden ).

Gletschereis ist ein starres, grosskörniges Kristallgestein. Die Kristallkörner ( Gletscherkörner, haselnuss- bis faustgross ) grenzen im frischen Gletschereis dicht aneinander, haben keinen Spielraum, sind nicht in Wasser eingebettet und können nicht gegeneinander verschoben werden. « Plastische Verformung », auf ein solches Kristallgestein angewandt, bedeutet: Dauernde Gestaltänderung des Kristallkorns durch dauernde Verbiegung des Molekül-raumgitters ( Kristallgitters ). ( « Dauernd » steht hier im Gegensatz zur elastischen Verformung, welche für uns keine Rolle spielt. ) Hier entsteht nun die Frage: Wie verhält sich der Eiskristall gegen die Zumutung der Verbiegung und Verdrückung seines Kristallgitters?

Ich legte, ein mehrtägiges Frostwetter benützend, einen Eiszapfen mit den Enden waagrecht auf. Eine Verbiegung war mit blossem Auge nicht festzustellen, obgleich mein glaubensstarker Mitarbeiter vom Gelingen des Experiments von vornherein überzeugt war, während ich meinte, dass die Verfasser unserer Schulbücher manchmal ein bisschen Jägerlatein voneinander abschreiben.

Aber selbstverständlich ist Eis biegsam. Darüber gibt es viele zuverlässige Arbeiten; man findet sie bei Hess, der selber Wichtiges zu dieser Frage beigetragen hat. Aber dass die Biegsamkeit des Eises bei weitem nicht genügt, um das Fliessen der Gletscher zu erklären, das hat Heim und vorher Tyndall nachdrücklich betont; jeder kennt ja die geringe Biegsamkeit selbst der dünnsten Eishaut, die sich über Nacht auf stillem Wasser bildet.

Das Gegenteil von Plastizität ist Rigidität, d.h. Starrheit, Zähigkeit, innere Reibung, Verformungswiderstand. Grosse Plastizität bedeutet geringe Starrheit. Die Starrheit des Eises ist nun bedeutend grosser als die der meisten Metalle, z.B. viel grosser als die des Kupfers. Das will uns freilich nicht einleuchten. Das vergängliche Eis soll starrer sein als das « dauernde Erz », das für Jahrtausende bestimmte Material unserer Monumente? Aber wir verwechseln gern Starrheit mit Festigkeit, Plastizität mit Nachgiebigkeit überhaupt. Die Festigkeiten des Eises sind allerdings nicht gross; oben lernten wir die Druckfestigkeit kennen; die Zugfestigkeit ist noch geringer, daher die Sprödigkeit.

Das Eis ist also höchst unplastisch und zum Fliessen ganz ungeeignet. Bekanntlich aber kann man Eis in starken Pressen verformen, und wenn die Pressform oder der Stempel durchlocht sind, so kann man bei hohen Drucken ( viel höher, als sie bei Gletschern vorkommen ) das Eis zum Ausfliessen aus dem Loch bringen, und Tammann stellt fest: « Das Eis ist zum Fliessen wie geschaffen! » Aber er sowohl wie Hess erkannten auch, dass es sich bei diesen Versuchen immer um Schmelzverformung handelt. « Das Fliessen des Eises, z.B. das Eindringen des Stempels in das diesen überfliessende Eis, ist auf eine Verflüssigung des letzteren an der Druckfläche zurückzuführen. » « Das Eis erweicht durch teilweise Verflüssigung, auch wenn seine Temperatur beträchtlich unter dem Schmelzpunkt liegt, der dem angewandten Druck entspricht. » Dieser Vorgang ist so zu erklären: Wenn der Stempel unter sehr starkem Druck ( der an sich in dem kalten Eis noch keine Schmelzung hervorruft ) auf das Eis wirkt, so gibt das Eis zunächst ein wenig nach, vermöge geringer Plastizität oder vielmehr durch Bruch, denn man hört bei diesen Pressver-suchen ständig lautes Krachen des Eises; plastische Verformung würde aber lautlos verlaufen. Der starke Druck leistet somit auf einem gewissen Wegstück eine bedeutende Arbeit, diese wird in Reibungswärme umgesetzt, die das Eis da, wo der Stempel drückt, zu teilweisem Schmelzen erwärmt. Auch wenn die Pressform aussen stark gekühlt wird, so lässt sich Schmelzwärme überhaupt nicht ableiten. Das Eis gehört zu den Stoffen, die einen scharfen Schmelzpunkt haben; es ist irrig, anzunehmen, dass das gedrückte Eis schon unter seinem Schmelzpunkt anfängt, innerlich teilweise flüssig zu werden, sondern es ist die grosse zugeführte Energie, die es erwärmt und schmilzt.

So ist es auch beim Gletscher. Er ist « zum Fliessen wie geschaffen ». Jedoch nicht, weil er irgendwie plastisch wäre, sondern weil eine grosse Energiemenge auf ihn wirkt, wie wir bald sehen werden.

Es ist gar nicht schwer, direkt nachzuweisen, dass plastische Verformung beim Fliessen des Gletschers gar nicht auftritt. Das Eis des unteren Zungenendes, z.B. vom Gletschertor entnommen, hat bei grossen Gletschern eine mehrere Jahrhunderte dauernde ausgiebige Fliessverformung mitgemacht. Denn es ist ja z.B. vor 400 Jahren als Schnee ganz oben in den Firnmulden gefallen, wurde Hunderte Meter dick zugedeckt und floss 400 Jahre lang stets in der untersten Eisschicht, nahe am Boden. Wir wollen dieses Eis untersuchen und sehen, ob seine Kristallgitter verbogen sind. Haben wir klaren Himmel und hohen Sonnenstand, so genügt ein starkes Brennglas. Wir erzeugen die Tyndallschen Schmelzfiguren, indem wir konzentrierte Sonnenstrahlen in ein möglichst klares Gletscherkorn dringen lassen. Die Tyndallschen Schmelzfiguren sind negative Kristalle, kleine Hohlräume im Eis, die scharf durch schön glänzende Kristallflächen begrenzt sind. Weil nämlich etwas Eis im Innern des Korns schmilzt und das Schmelzwasser weniger Raum einnimmt, entsteht ein Hohlraum, und zwar in Gestalt ebenflächiger sechsseitiger blumenartiger Gebilde, negative Schneesternchen. Diese Tyndallblumen sind aber stets, wo wir sie auch am Gletscher erzeugen mögen, ganz genau ebenflächig und miteinander parallel innerhalb jedes Korns; sie stehen, wie Schneesterne, senkrecht zur Richtung der Kristallhauptachse. Hätte das Eis die verlangte starke plastische Verformung durchgemacht, so müssten sie sehr krummflächig ausfallen, und die Kristallachsen müssten auch alle krumm sein. Das letztere wäre mit dem Polarisationsmikroskop festzustellen, was bis jetzt niemand geglückt ist. Sodann müssten die sohlennahen Gletscherschichten, also z.B. das ganze Zungenende, aus ganz lang und flach gequetschten Eiskörnern bestehen, die wie ausgewalzt erscheinen. Alle Gletscherkörner müssten überhaupt eine Streckung in Richtung der Stromlinien erleiden; besonders wäre das am Gletscherufer der Fall, weil dort die Geschwindigkeit rasch absinkt.

Wie die meisten Physiker die Plastizitätstheorie der Gletscherbewegung ablehnen, so tut dies auch der geniale Molekularphysiker O. Lehmann, der bekannte Entdecker der flüssigen Kristalle. Er meint, man könne die meisten Kristalle überhaupt nicht verformen. Das ist freilich etwas zu viel gesagt. Aber wenn man z.B. einen Goldkristall zu einem Stück Blech auswalzt, so ist das Blech kein verformter Einkristall, sondern unter dem Mikroskop erweist es sich als ein Trümmerwerk von Kristallbruchstückchen, die nicht mehr durch Kohäsion ( Gitterkräfte ), sondern nur noch durch Adhäsion zusammenhängen. Das Blech ist eine Kristallbrekzie; es hat sozusagen Gletscherkorn-struktur angenommen. Verbiegen wir einen durchsichtigen weichen Kristall, z.B. Kampfer, so wird er trübe, nicht durch Eindringen von Luft an Rissen, sondern weil er ein Trümmerwerk von doppeltbrechenden Bruchstückchen geworden ist und weil das Licht an den zahllosen inneren Grenzflächen gebrochen, reflektiert und gebeugt wird, obschon jedes einzelne Körnchen für sich durchsichtig ist. Danach müssten wir fordern, dass ein « verformtes » Gletscherkorn vom Zungenende trübe ist; das ist aber nicht der Fall, abgesehen von der durch Staub und Luftblasen verursachten Trübung.

Es gibt zwar Kristalle, die man um den Finger wickeln kann, ohne dass sie trüb werden. Aber das Eis gehört nicht dazu; daran ist die besondere Art der Gitterkräfte im Eiskristall schuld. Wenn man, nach Helmholtz, ein durchsichtiges Stück Eis, einen Einkristall, zwischen Pressplatten drückt, so zersplittert er bekanntlich unter Knall. Wenn man aber vorsichtig zu Werke geht, kann man es dahin bringen, dass das Eis vor der Zersplitterung sich trübt. Heim weist nun darauf hin, dass diese Trübung als eineMikrogletscher-kornstruktur aufzufassen ist; d.h. unter dem Verformungszwang bildet sich zuerst Kornstruktur aus; der Einkristall kann sich nicht ohne weiteres verformen; er muss zuerst in zahllose regellos gelagerte Kristallbruchstückchen zerfallen; erst dann erfolgt die Verformung durch Verlagerung an den Korngrenzen. Denken wir uns einen Gletscher ganz aus einem kompakten, völlig durchsichtigen Einkristall herausgeschnitten, so würde dieser Gletscher also nicht fliessen, indem er sich plastisch verformt, sondern indem er zuerst klüftig wird und dann in ein Aggregat von wirr durcheinander gelagerten Kristall-stücken übergeht; aus dem Einkristall entsteht ein Kristallgestein. In jeder Gebirgsmasse bilden sich zahllose Klüfte, und ein Gletscher ist auch eine Gebirgsmasse.

Wir verdanken Emden eine ausgezeichnete Untersuchung über das Gletscherkorn. Emden ist ein Hauptvertreter der Plastizitätstheorie. Nachdem er die Versuche über die Biegsamkeit des Eises besprochen hat, schliesst er: « Da also schon ein einheitlicher Eiskristall sich plastisch verhält, so können wir mit Bestimmtheit behaupten, dass ein Gletscher, der nur aus einem einzigen Kristall mit der Temperatur seines Schmelzpunkts bestände, sich ebenso bewegen würde wie der körnige Gletscher. » Emden meint also, dieser Ein-kristallgletscher bleibe bei seiner Bewegungsverformung ein Einkristall. " Welch phantastische Verbiegung würde das Kristallgitter dieses Gletschers nach 400 Jahren aufweisen?

Genug damit! Man begreift, dass die Plastizitätstheorie eben nicht stimmt. Sie ist durch gar nichts weiter gestützt als durch den oberflächlichen Anblick des Gletschers. « In der Nähe gesehen, tragen die Gletscher alle Merkmale der starren Körper an sich. » Dieser 100 Jahre alte Satz gilt immer noch, und die Plastizitätstheorie hängt frei in der Luft.

Die Bestimmtheit, mit der wir dies aussprechen, darf den Leser nicht zu der Meinung verleiten, wir hätten irgend jemand etwas am Zeug zu flicken. Wir dürfen die wichtigen und höchst wertvollen Arbeiten unserer Meister, die sich mit dem Gletscherproblem abgaben, nicht gering achten. Nur auf den Schultern unserer Vorgänger können wir jeweils ein Stückchen höher klimmen. Andererseits aber hat das Dogma in der Gletscherphysik keinen Platz. Es muss erlaubt sein, ruhig und zweifelnd über die Naturvorgänge nachzudenken, und wenn man dann einen Lehrsatz als unhaltbar erkennt, an den man ( wie auch ich ) jahrzehntelang geglaubt hat, so braucht man nicht zu fürchten, etwas zu verlieren, wenn man ihn fallen lässt. Es ist nun einmal so, dass der Weg zur Erkenntnis immer durch das Gestrüpp des Irrtums hindurch geht, nicht aussen herum.

Ganz ohne Plastizität und Fluidität müssen wir also das Gletscherrätsel zu erklären suchen. Leicht sieht man ein, dass dies nur durch wärmewirt-schaftliche Betrachtung geschehen kann. Dieses Gefühl leitete Tyndall und Helmholtz. Auch Saussure, « der Unsterbliche », liess sich davon leiten, als er annahm, dass die Gletscher unter dem Einfluss der Erdwärme stehen. Schon 1799 schreibt er: « Alle bedeutenden Gletscher haben, selbst im Winter, unter sich eine Wasserströmung, die zwischen dem Eise und dem dasselbe tragenden Boden fliesst. Man begreift so, dass diese Eismassen... nach und nach gleiten und längs der Abhänge der Täler und Joche herabsteigen müssen. » In der Gletscherwelt der Alpen könnten wir die Erdwärme entbehren. Sie ist schwächer, als man früher glaubte. Sie schmilzt jährlich nur etwa 1 cm Eis an der Gletscherunterfläche. So entstehen unter dem Aletschgletscher in jeder Sekunde 30 Liter Erdwärmeschmelzwasser, die sommers und winters das Gletschertor passieren. Aber für den polaren Eishaushalt ist die Erdwärme ausschlaggebend wichtig. Gletschereis könnte dort ohne Erdwärme überhaupt nicht entstehen, weil es im extrem polaren Klima, z.B. in Grönlandmitte auf 3000 m Höhe, nie zum Tauen kommt und weil Gletschereis zur Entstehung Schmelztemperatur braucht. In den Nährgebieten sind die entstehenden Gletscher unter einer dicken Decke von Firn gegen Frost geschützt. Von den Gletscherzungen unterhalb der Schnee- grenze ist nun diese Firndecke abgeschmolzen, deshalb sind die Zungen zeitweilig dem Frost ausgesetzt, besonders im Polarwinter ( 50° Kälte !), wenn die Schneedecke dünn ist. Aber es ist noch nicht beobachtet und wird nie beobachtet werden, dass eine durch und durch frostkalte Eismasse fliesst. Nicht nur die Entstehung der Gletscher, sondern auch ihr Fliessen ist an die Schmelztemperatur gebunden, und das obere frostkalt gewordene Material wird nur passiv mitgeschleppt, wobei sich der Scherungsmechanismus besonders stark ausbildet, das Vorübergleiten längs Klüften in der Fliessrichtung.

Die Hauptsache ist immer das stetige gleichmässige, wie plastisch aussehende Fliessen, und das können wir durch die Erdwärme nicht erklären. Auch die Sonnenwärme kommt als bewegende Kraft für die Gletscher nicht in Frage. Man meinte früher, die Gletscher fliessen im Sommer rascher, aber schon Heim wies auf die Möglichkeit eines Irrtums hin, und in der Tat bewegen sich die grossen Gletscher, als Ganzes betrachtet, im Winter schneller, wobei ihre Zungen durch Schwellung den sommerlichen Verlust ersetzen. Denn die bewegende Kraft, der Druck, ist im Winter und Frühling grosser als im Sommer. Die Sonne entlastet den Gletscher im Sommer, und ihre Strahlen dringen nicht tief ein.

Es gibt aber für den Gletscher noch eine dritte, bedeutende Wärmequelle, die wir betrachten müssen, weil sie allein es ist, die den Gletscher zu seinem Fliessen befähigt. Es ist die Fallwärme des Gletschers, sie wird von ihm selbst gemacht.

Wenn der Gletscher fliesst, so fallen die Eismassen, sie erleiden einen Höhenverlust. Dadurch wird Energie frei, die sich in Wärme umsetzt. Das ist Reibungswärme, Fliesswärme, Verformungswärme, kurz Fallwärme genannt. Das versteht jeder sofort, wenn ich sage: Rutscht man auf einem Treppengeländer hinunter, so beobachtet man Wärmeentwicklung, und diese Be-obachtungstatsache kann man ohne weiteres auf den Gletscher übertragen. Aber die Fallwärme des Gletschers entsteht nicht nur an seiner Unterfläche als Gleitwärme, sondern sie entsteht vor allem in der Masse des Gletschers als innere Reibungswärme oder eigentliche Fliesswärme, da wo Eis auf Eis drückt und sich durch Verformung reibt. Das Fliessen scheint überhaupt das Primäre zu sein; würden die Gletscher nicht fliessen, so wäre ihre Gleitbewegung wahrscheinlich gering; sie würden trotz Erdwärme steif liegen bleiben. Der Kern des Gletscherrätsels liegt in der Verformung der Eismassen. Da nun wegen der herrschenden Schmelztemperatur die Fliesswärme, wie die Gleitwärme, als Schmelzwärme auftritt, so folgt daraus der wichtige Satz: Die Verformung der fliessenden Gletschermassen ist eine Schmelzverformung, hervorgebracht durch die innerlich schmelzend wirkende Fallwärme. Der Gletscher fliesst nicht, weil er eine dicke Flüssigkeit ist, die sich plastisch verformt, sondern das Fliessen des Gletschers ist ein Vorgang, der ursächlich mit seiner inneren Fallwärmeschmelzung verknüpft ist, und nur unter fortwährendem innerem Substanzverlust kann der Gletscher sich bewegen. Dies ist die Fallwärme-theorie der Gletscherbewegung. Sie bedarf nun des Beweises.

Die Wahrheit obiger Sätze steht fest, sobald die Entstehung des Fall-wärmeschmelzwassers im Gletscher und seine Ausschwitzung aus dem Gletscher während des Fliessvorgangs feststeht. Es ist aber nicht möglieh, dies direkt einwandfrei zu beobachten ( ich habe mich einige Jahre in dieser Richtung bemüht ). Wir sind hier auf indirekte Methoden und auf Schlussfolgerungen angewiesen, die aber in ihrer Gesamtheit ebenso sicher sind wie ein direkter Nachweis. Die hier auftretenden, zum Teil schwierigen Fragen können in diesem kurzen Aufsatz nicht eingehend behandelt werden. Wichtig ist es aber, anhand leichter Rechnungen sich ein Bild von der Stärke der Fallwärmewirtschaft der Gletscher zu machen, da man leicht geneigt ist, zu denken: Das macht nichts aus.

Als Beispiel betrachten wir den Oberlauf des « königlichen Eisstroms », des Aletschgletschers, etwa die oberen 4 km der Zunge, vom Konkordiaplatz talabwärts, eine Gehstunde weit. Das Gefälle ist bei grossen Talgletschern nicht gross, etwa 1: 25. Die Dicke dürfen wir gut auf 500 m schätzen, da am Konkordiaplatz 700 m gemessen sind. Die mittlere Eisgeschwindigkeit können wir zu 150 m jährlich nehmen ( im mittleren Stromstrich an der Oberfläche ist sie zu 0,5 m täglich bestimmt ). Für die Rechnung zerlegen wir den Gletscher in lauter senkrechte, 500 m hohe Eissäulen von 1 m2 Querschnitt. ( Diese Säulen bleiben nicht senkrecht, sie verformen sich, ihre unteren Partien bleiben zurück, aber das haben wir berücksichtigt durch Herabsetzung der Oberflächengeschwindigkeit. ) In einem Jahre fällt die Säule um 1j2& von 150 m, also um 6 m, wodurch sie eine Fallenergie von 450 X 6 = 2700 Metertonnen entwickelt, da sie 450 Tonnen schwer ist. Da nun die Wärmeenergie einer Kalorie gleichwertig ist mit 425 Meterkilogramm Fallenergie, so verwandeln sich diese 2700 Metertonnen in 6350 Kilokalorien Wärme, die 80 Kilo Eis zum Schmelzen bringen. Die Fallwärme schmilzt also 80 Kilo Eis unter jedem m2 dieses Gletscherareals bei einem jährlichen Weg von 150 m; das ist eine Schicht Eis von 9 cm Dicke, also 9 mal soviel wie die Erdwärme. Das obere Zungenstück von 4 km Länge, das wir betrachten, ein ziemlich kleiner Teil vom Aletschgletscher, wird vom Gletscher in 27 Jahren durchlaufen, wobei 2,4 m Eis der Fallwärme geopfert werden, und zwar werden diese 2,4 m Eis aus dem Gletscherinnern herausgeschmolzen, wo weder Erd- noch Sonnenwärme hinkommen, damit die Masse sich verformen kann. Dabei wirkt die Fallwärme nicht wahllos auf die ganze Eismasse gleichmässig, denn sie ist Reibungswärme und tritt nur an Widerstandspunkten auf. Widerstands-gebiete sind z.B. die weniger geneigten Gebiete, die Terrassenböden, sodann die Verengerungen und Windungen des Tals und die Unebenheiten ( Buckel ) des Talbodens. Dort in diesen Hinderniszonen, wo mehr Reibung auftritt, konzentriert sich die Fallwärme, macht durch vermehrte innere Schmelzung das Eis beweglicher und überwindet dadurch die Widerstände. Auch im Innern der Gletscherkörner wirkt die Fallwärme nicht, denn da gibt es keine Reibung, die Körner sind ja starr. Die Fliessverformung geschieht vielmehr in der Weise, dass an den hindernden Punkten der Aussenfläche jedes Korns so viel Eis weggeschmolzen wird, dass die Körner, die immer straff aneinandergrenzen, sich ineinander hineindrehen und übereinander hinüberdrehen können, was ja geschehen muss, wenn der Gletscher vorwärtskommen soll. Aber auch zwischen den Gletscherkörnern bleibt das Fallwärmeschmelzwasser nicht. Es kann ja nur hinderlich sein, denn immer muss Eis direkt auf Eis drücken und reiben. Das Fallwärmewasser verlässt sofort den Gletscher; es wird durch das Haarspaltennetz ( richtiger: Haarröhrchennetz ), das den Gletscher durchzieht, hinausgedrückt. Fortwährend schwitzt der Gletscher Wasser aus. Agassiz liess sich in einer Frostnacht in eine tiefe Spalte hinab und war überrascht, zu bemerken, dass an der vorher glatten Spaltenwand überall kleine Wärzchen und Eiszäpfchen entstanden. Eben durch das Hindurchdrücken des Fallwärmewassers wird das Haarröhrchennetz offen gehalten; wird es nicht mehr gebraucht, so schliesst es sich allmählich.

Man kann freilich nicht berechnen oder beweisen, dass z.B. der Aletschgletscher bei so und so viel Fallwärmeschmelzung gerade ¾ m täglich laufen muss. Man kann nur sagen: Es stellt sich ein Gleichgewichtszustand her zwischen Gletscherdicke und damit Fallwärmeerzeugung einerseits und der Bewegung und den Bewegungswiderständen ( Hindernissen ) andererseits. Man muss ausserdem sagen: Die Fallwärmewirtschaft der Gletscher ist von achtunggebietender Stärke; man darf sie nicht vernachlässigen.

Noch eine kleine Rechnung! Je mächtiger die Gletscher sind, desto flachere Böschung haben sie. Trotzdem aber laufen sie im Durchschnitt schneller als die steileren, weniger gewaltigen Gletscher. Der Jakobshavn-Eisstrom in Grönland, etwa dreimal so breit wie der Aletschgletscher, ist in seinem Unterlaufe ( in Meeresnähe ) an der Oberfläche nur 1: 110 geneigt. Am Grunde kann er, da an der Oberfläche die Abschmelzung talauswärts stärker wird, überhaupt keine Neigung haben. Viele Tagereisen weit fliesst er also eigentlich waagrecht, und dabei legt er bis 20 m täglich zurück; er läuft also 40 mal so schnell wie der Aletsch! Das kann er nur tun unter dem gewaltigen Fliessdruck der grönländischen Binneneismasse, die ihn ernährt und aus der er hervorquillt. Dieses Binneneis ist im Innern des Landes 3000 m hoch ( und gegen 2000 m dick ). Für das Gletschereis, das waagrecht dem Meere zufliesst, senkt sich also eine ebenso grosse Menge Inlandeis ( Schnee und Firn ) etwa 3000 m tief herab, und seine Fallenergie wird im Gletscher, Hunderte Kilometer entfernt, in Verformungs- und Gleitungsschmelzwärme umgesetzt. Wieviel macht das aus? Wenn ein Kilo Eis 3000 m fällt, so werden 3000 m kg Fallenergie entwickelt, die umgesetzt 7,06 Kalorien Wärme ergeben, welche ihrerseits 0,09 Kilo Eis schmelzen. Das sind 9%! Vom grönländischen Inlandeis schmelzen somit 9% lediglich durch den Vorgang des Abflusses auf dem Weg vom Innern des Landes zur Küste hin! Das ist wirklich eine grosse Menge. Wenn wir berücksichtigen, dass das Nährgebiet im Durchschnitt nur 2500 m hoch ist, so müssen wir allerdings von diesen 9% etwas abstreichen; es bleiben aber immer noch 7,5%!

Nun liegt es nahe, zu meinen, dass zwar die berechnete Wärmemenge stimmt, dass es aber unberechtigt sei, diese ganze Wärme als Schmelzwärme einzusetzen, zumal wenn man an die 60° Kälte denkt, die Georgi in Eismitte bei der Überwinterung « im Eis vergraben » beobachtet hat. Die Berechtigung wird uns geliefert durch eine Betrachtung des polaren Eiswärmehaushalts, die wir aus Raummangel hier nicht beifügen können. Die Zeit ist der mächtige Faktor, mit dem die Natur hier arbeitet. Es dauert 5000 Jahre, bis eine Schnee- flocke, die heute auf Eismitte fällt, als Bestandteil eines Eisbergs in den Schoss des heimatlichen Ozeans zurückkehrt. Und unermüdlich wirkt in dieser langen Zeit die Erdwärme. Sie ist das Primäre in der polaren Eiswärmewirtschaft; sie bildet das Gletschereis. Die Fallwärme tritt erst nachher hinzu und ermöglicht die Bewegung des Gletschereises, zuerst ganz langsam und zuletzt als Schnelläufer ins Meer hinaus.Das Gletschereis ist eines der schönsten Gesteine der Erde; es ist der schimmernde herrliche Schmuck des wilden Hochgebirges. Es hat die natürliche Bestimmung, zu Tal zu fliessen, um immer wieder am Kreislauf des Geschehens teilzunehmen. Von seiner Geburt an fliesst es und kennt kein Stillestehen. Wir hoffen aber, den Gletscherfreunden deutlich gezeigt zuhaben: Das Gletschereis fliesst nicht als ein läppischer Brei oder als eine charakterlose, zähe, halb feste, halb flüssige Masse. Sondern es behält seinen Charakter als starres Kristallgestein auch während seines Fliessens; es bleibt bis zum bitteren Ende — am Gletschertor oder im Meer — stolzer, starrer Kristall.

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