Permafrost

Unscheinbar aber da

Grundsätzlich spricht man von Permafrost, wenn ein Boden im Untergrund mindestens über zwei Jahre gefroren bleibt. Besonders im Hochgebirge kann man die Folgen der Erderwärmung auf die Verteilung des Permafrosts schon heute beobachten.

Wenn im Sommer der Schnee geschmolzen ist, taut auch die oberste Schicht des Permafrostbodens auf, der Permafrostkörper darunter bleibt aber gefroren. Dieser Auftaubereich, die aktive Schicht eines Permafrostbodens, nimmt in den Alpen Mächtigkeiten von ein paar wenigen Metern (ca. 0,5–5 m) ein. Die mit der Tiefe zunehmende Erdwärme bestimmt die Untergrenze des Permafrostkörpers.

Ständig gefrorener Boden rund um die Pole und in den Gebirgen

Generell kann man zwei Arten von Permafrost unterscheiden: den oft mehrere hundert Meter mächtigen und häufig kontinuierlich (flächig) auftretenden Permafrost der hohen Breiten (Arktis, Antarktis) und den oft nur einige Meter mächtigen und meist diskontinuierlich (fleckig) auftretenden Permafrost des Hochgebirges. Auf der Nordhalbkugel weisen etwa 25 % der Landmassen Permafrost auf (Abb. 1).

5-5_1_Verteilung_Nordhalbkugel
Abb. 1: Verteilung des Permafrosts auf der Nordhalbkugel (NSIDC 2010).

In der abwechslungsreichen Landschaft des Hochgebirges spielen weitere Bedingungen wie die Hangneigung, die Hangausrichtung, die Seehöhe, die Vegetation und die Beschaffenheit des Untergrundes (anstehender Fels, blockig, Schutt) eine wichtige Rolle für das Auftreten von Permafrost. Dies führt zu einer komplexen, kleinräumigen Verteilung. Da Permafrost im Boden oder Fels nicht sichtbar ist, müssen Indizien in detektivischer Kleinarbeit erhoben werden, um dem Phänomen auf die Spur zu kommen. Der wichtigste Zeiger ist die Temperatur an der Bodenoberfläche und vor allem in Bohrlöchern. Einfacher zu erkennen ist Permafrost, wenn er in Form von Blockgletschern auftritt. Blockgletscher sind langsam fließende Massen aus einer Mischung von Eis, Blockwerk und Schutt (Abb. 2).

Empfindlich auf kleinste Klimaänderungen

Verteilung und Veränderung von Permafrost werden durch die klimatischen Bedingungen bestimmt. Eine geringe Veränderung des Klimas führt zu einer deutlichen Änderung der Permafrostbedingungen, was das Phänomen ähnlich wie Gletscher zu einem Klimaindikator macht. Neben der Lufttemperatur und der Strahlung ist besonders die Schneedecke durch ihre isolierende Wirkung ein grundlegender Faktor für den Permafrost.

5-5_2_Reichenkar
Abb. 2: Der Reichenkarblockgletscher im Ötztal in Tirol im Jahr 2004 (Hausmann 2005).

Permafrost hat in vielen Hochgebirgsregionen eine große Bedeutung für die Stabilität von Schutt- und Felshängen, insbesondere in hohen Steillagen. Bei verschiedenen Berg- und Felsstürzen in den letzten Jahren gibt es eine Reihe von Indizien, die auf das Abschmelzen (Degradation) von Permafrost zumindest als eine der Ursachen hindeuten. Neben der Degradation des Permafrosts ist aber vor allem auch die geologische Ausgangssituation entscheidend für eine Destabilisierung hochalpiner Bereiche. Mit der immer stärkeren Erschließung der Gebirge für den Tourismus stellt die Degradation des Permafrosts auch ein bautechnisches Problem dar. Stabilität und Sicherheit von Straßen, Seilbahnen, Berghütten und Wanderwegen werden schon teilweise von diesem Umstand beeinträchtigt.

5-5_3_Sonnblick_Sanierung
Abb. 3: Bauarbeiten zur Stabilisierung des Sonnblickgipfels (Schober 2006a).

Ein besonders spektakuläres Beispiel hierfür stellt der Gipfel des Hohen Sonnblicks mit dem historischen, meteorologischen Observatorium auf 3.105 m Seehöhe dar. In diesen luftigen Höhen werden schon seit 1886 klimatologische Beobachtungen und Messungen durchgeführt. Das für die Klima- und Hochgebirgsforschung so wichtige Observatorium wäre selbst fast ein Opfer der Klimaerwärmung geworden, da der Permafrost in der Gipfelpyramide zu tauen begann und damit der stark zerklüftete Fels an Stabilität verlor. 2001 bestätigte ein geologisches Gutachten, dass der Gipfel des Sonnblicks abzustürzen droht. In einer groß angelegten Sanierung der Gipfelpyramide wurde dem Fels mit bautechnischen Maßnahmen unter die Arme gegriffen. Unter anderem wurden zwischen sechs und zehn Meter lange Stahlanker in den stabilen Felskern geschraubt (Abb. 3). Mittlerweile wird der Permafrost im Gipfelbereich des Sonnblicks ständig überwacht. Die Basis bilden drei 20 m tiefe Bohrlöcher, die mit unterschiedlichen Messinstrumenten ausgestattet sind.

Abschmelzen des Permafrosts destabilisiert Gipfel und Hänge

In dem von der EU finanzierten Projekt PermaNET wird von Forschern des gesamten Alpenraums gemeinsam am Aufbau eines alpenweiten Monitoringnetzwerkes und an einer wissenschaftlich fundierten Karte der Permafrostverteilung gearbeitet, welche zukünftig eine Grundlage für Bauentscheidungen und Gefahrenabschätzungen im Gebirge darstellen soll. Bedenkt man die wahrscheinliche Zunahme der Destabilisierung hochalpiner Bereiche bei einem gleichzeitigen Anstieg der Bebauung ist man auf solche Grundlagendaten angewiesen.

 

Literatur:

Gruber S., Hoelzle, M., Haeberli, W. (2004): Permafrost thaw and destabilization of Alpine rock walls in the hot summer of 2003. Geophysical Research Letters, 31, L13504, doi:10.1029/2006JF000547

Gruber S., Haeberli W. (2007): Permafrost in steep bedrock slopes and its temperature-related destabilization following climate change. Journal of Geophysical Research, 112, F02S18, doi:10.1029/2006JF000547

Harris C., Arenson L.U., Christiansen H.H., Etzelmüller B., Frauenfelder R., Gruber S., Haeberli W., Hauck C., Hölzle M., Humlum O., Isaksen K., Kääb A., Kern-Lütschg M.A., Lehning M., Masuoka N., Murton J.B., Nötzli J., Phillips M., Ross N., Seppälä M., Springman S.M., Vonder Mühll D. (2009): Permafrost and climate in Europe: Monitoring and modelling thermal, geomorphological and geotechnical responses. Earth-Science Reviews 92, 117–171, doi:10.1016/j.earscirev.2008.12.002

Hausmann H. (2005): Geophysikalische Untersuchung des Reichenkar Blockgletschers. Wien: Technische Universität Wien, 111 Seiten, Diplomarbeit (PDF-Datei; 5,0 MB)

Hausmann H., Krainer K., Brückl E., Mostler W. (2007): Internal structure and ice content of Reichenkar Rock Glacier (Stubai Alps, Austria) assessed by geophysical investigations. Permafrost and Periglacial Processes 18, 351–367, doi:10.1002/ppp.601

International Permafrost Assosiation: What is Permafrost. http://ipa.arcticportal.org/resources/what-is-permafrost, abgerufen am 2.8.2010

National Snow and Ice Data Center. http://nsidc.org, abgerufen am 2.8.2010

Scherf S. (2007): Die Möglichkeiten eines Permafrostmonitorings im Bereich des Rauriser Sonnblicks. Umsetzung der Modelle PERMAKART und PERMAMAP. Wien: Universität Wien, Diplomarbeit, 99 Seiten

Schober C. (2001): Die Erosionsgefährdung des Gipfelbereichs des Hohen Sonnblicks sowie ein angepasstes Sanierungskonzept. Lochen: Geologisch-geotechnisches Gutachten

Schober C. (2006a): Hoher (Rauriser) Sonnblick, Sanierung Gipfelbereich. Lochen: Geologisch-geotechnischer Abschlussbericht

Schober C. (2006b): Hoher (Rauriser) Sonnblick, Sanierung Gipfelbereich, Terassenabdichtung. Lochen: Geotechnischer Abschlussbericht

Schöner W. (2009): PERSON. Permafrostmonitoring Sonnblick. Wien: Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Projektendbericht, 39 Seiten

ZAMG: Sonnblick-Observatorium. Geschichte. http://www.sonnblick.net/portal/content/view/12/63/lang,de, abgerufen am 2.8.2010

Sonnblick-Observatorium
zur Sonnblick-Website (© ZAMG)
Phänologie-PhenoWatch
zum Phänologie-Portal (© ZAMG)
HISTALP
zur HISTALP-Website (© ZAMG)