Messungen im Permafrost
Das SLF untersucht seit über 12 Jahren den Permafrost in den Schweizer Alpen. Die Bohrlochmessungen zeigen, dass verschiedene Standorte sehr unterschiedlich auf externe Einflüsse reagieren: an einigen Standorten ist eine Erwärmung des Permafrostes erkennbar, welche mit starkem Eisschwund und Hangbewegungen verbunden ist. An anderen Standorten sind die Bodentemperaturen seit Messbeginn stabil und an einem Messstandort macht sich sogar eine Abkühlung bemerkbar. Die Messungen liefern wichtige Erkenntnisse über den Zustand des Permafrosts in der Schweiz.
Zusammenfassung
Es ist schwierig, eine Verallgemeinerung zum Zustand des Permafrosts in den Alpen zu erstellen, da sich je nach Standort und lokalen Verhältnissen die Bodentemperaturen und Eisgehalte sehr unterschiedlich entwickeln können. Bestätigt werden kann jedoch, dass sich der Permafrost tendenziell erwärmt und dass diese Erwärmung an einigen Orten zu Eisverlusten, Hangbewegungen und Instabilitäten von Bauten im Hochgebirge führt. Extreme Hitzesommer wie im 2003 haben einen besonders negativen Einfluss auf den Permafrost: die Auftauschicht wird mächtiger und das Permafrosteis wird wärmer und schmilzt.
Die Schneedecke hat eine regulierende Funktion und kann je nach zeitlicher und räumlicher Verteilung die Effekte des Sommers entweder verschärfen oder begünstigen. Um die komplexen Zusammenhänge zwischen dem Klima und dem Untergrund zu verfolgen, ist es wichtig, lange Messreihen mit einer hohen Messqualität zu sichern. Dies ist das Ziel des SLF Permafrostmessnetzes. Mehrere SLF Bohrlöcher sind zudem aus diesem Grund im Messnetz ‚’Permafrost Monitoring Schweiz’ PERMOS integriert. Weitere Informationen zum Zustand des Permafrosts in den Schweizer Alpen sind auf der PERMOS Webseite ersichtlich (permos).
Beurteilung des Permafrosts in der Schweiz
Die automatischen Temperaturmessungen, die in Bohrlöchern durchgeführt werden, liefern nützliche Informationen über den Gebirgspermafrost. Folgende Parameter werden untersucht:
- Mächtigkeit der Auftauschicht (die oberste Schicht des Bodens, die jeden Sommer auftaut)
- Entwicklung der Permafrosttemperaturen und des Eisgehalts in verschiedenen Tiefen
- Mächtigkeit des Permafrosts (bei genug tiefen Bohrlöchern)
- Auftreten von Luft- oder Wasserflüssen im Boden
Zusätzlich zu den Temperaturmessungen wird in einigen Bohrlöchern das Deformationsverhalten analysiert:
- Geschwindigkeit und Mächtigkeit von Deformationen (z.B. Setzungen, Hebungen, Kriechbewegungen)
- Tiefe der instabilen Zonen
Die neusten Temperaturmessdaten bestätigen, dass der Permafrost in Abhängigkeit von Höhenlage, Topographie, Bodentyp, Eisgehalt und Schneedeckenverteilung sehr unterschiedlich auf externe Einflüsse reagiert.
Mächtigkeit der Auftauschicht
Die maximale Mächtigkeit der Auftauschicht ist für den Sommer 2008 noch nicht bekannt, da sie meistens erst im Spätherbst erreicht wird. Im Sommer 2007 wurden keine aussergewöhnlichen Auftautiefen registriert – dies im Gegensatz zum Hitzesommer 2003, als besonders mächtige Auftauschichten gemessen wurden. Eine Vertiefung der Auftauschicht macht sich jedoch seit 3 Jahren im Bohrloch Hörnli-U B1 bemerkbar, welches sich auf über 3000 m ü.M. im Hörnligrat des Matterhorns befindet.
An einigen Standorten sind die jährlichen Variationen der Auftautiefe seit Messbeginn unbedeutend geblieben – sogar im Laufe des Hitzesommers 2003. Der Grund dafür ist eine grobblockige, isolierende Bodenbedeckung und/oder ein hoher Permafrosteisgehalt.
Die Mächtigkeit der gemessenen Auftauschichten variiert zwischen rund 1.0 und 5.0 m.
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Jährliche Mächtigkeit der Auftauschicht in 9 Bohrlöchern. Alle befinden sich in Schutthalden mit der Ausnahme der zwei Ursina Bohrlöcher (Blockgletscher) und des Hörnli Bohrlochs (Fels Grat). An den Standorten M. da Barba Peider B1, Arolla und Wisse Schijen befinden sich Lawinenverbauungen, welche die Schneedeckenverteilung lokal verändern können.
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Temperaturen im Permafrost
Um die Permafrosttemperaturen zwischen verschiedenen Standorten zu vergleichen, werden die Temperaturen in einer Tiefe von mindestens 10 m verglichen. Somit sind oberflächennahe Einflüsse wie z.B. tägliche Temperaturschwankungen ausgeschlossen. In dieser Tiefe beträgt die Reaktionszeit der saisonalen Einflüsse an der Bodenoberfläche ca. 6 Monate. Das heisst, dass das Signal vom Sommer erst im Laufe des nächsten Winters in 10 m Tiefe registriert wird. Die Bodentemperaturen werden durch die Lufttemperatur und die Schneedeckenverteilung bedeutend beeinflusst – beide variieren stark von Jahr zu Jahr.
Alle gemessenen Temperaturen in 10 m Tiefe befinden sich zwischen ca. –3°C und 0°C, je nach Höhenlage und lokalen Verhältnissen. Klar ersichtlich ist, dass der Permafrost im Bohrloch Flüela B2 im Laufe der Messperiode in 10 m Tiefe verschwunden ist, da die Bodentemperatur dort seit Herbst 2006 permanent über 0°C gestiegen ist. Im Kontrast hierzu sind seit Messbeginn die Temperaturen im Bohrloch Ursina B2 oberhalb Pontresina tendenziell kühler geworden – der Grund dafür muss noch genau untersucht werden.
Der Einfluss der Schneedecke im Winter 2007/2008 ist durch die Bodentemperaturen klar sichtbar: am Flüelapass war der Winter 07/08 von Anfang an schneereich (warme Bodentemperaturen) und am Muot da Barba Peider, Pontresina war der Winter schneearm (kalte Bodentemperaturen).
Die längsten Messreihen in den Bohrlöchern M. da Barba Peider B1 und B2 (in einer Schutthalde auf 3000 m ü.M. oberhalb Pontresina), zeigen eine Erwärmung in den Jahren zwischen 1996 und 2001, gefolgt von einer tendenziellen Abkühlung in den Jahren danach. Insgesamt gab es hier eine Erwärmung von ca. 0.2°C seit Messbeginn. Unklar ist noch, wie die Temperaturen sich in Zukunft in den Bohrlöchern mit den bis anhin kürzeren Messreihen (z.B. Hörnligrat, Gemsstock) entwickeln werden.
Die Bohrlochdaten am Gemsstock, welche sich nicht im Permafrost befinden, zeigen unterschiedliche Temperaturen in 10m Tiefe auf der Süd- und auf der Nordseite des schmalen Grates. Hier spielt die Strahlung auf der Südseite eine sehr grosse Rolle.
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Bodentemperaturen in 10 m Tiefe in diversen Bohrlöchern in den Schweizer Alpen.
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Veränderung des Eisgehaltes und der Eistemperatur
Permafrostdegradation und Eisschwund haben natürliche Ursachen, z. Bsp. wärmere Lufttemperaturen oder Änderungen der Schneedeckenverteilung. Bauarbeiten, geheizte Gebäude oder grosse Lasten können ebenfalls einen Eissschwund auslösen.
An einigen Messstandorten wurde ein natürlicher Eisschwund gemessen: Am Flüelapass schmilzt z.B. seit einigen Jahren Permafrosteis in einer Schutthalde. Die Schmelze wird durch natürliche Luftzirkulation und Kondensation feuchter Luft im Untergrund verursacht.
Unvorhergesehene Änderungen des Eisgehalts können für Gebirgsinfrastrukturen bedeutsame Probleme auslösen, z.B. Deformationen des Tragwerks, welche die Gebrauchstauglichkeit der Bauten beeinträchtigen. Deshalb entwickelt das SLF momentan eine praxisorientierte Empfehlung für Bauten im Permafrost und führt Messungen in der Nähe von diversen Bauten (z.B. Lawinenverbauungen, Bergbahnstationen und Masten) durch. Wo möglich, werden hier nebst Temperaturmessungen auch Deformationsmessungen in Inklinometerrohre durchgeführt.
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In dieser Abbildung sind die jährlichen horizontalen Verschiebungen aufgezeichnet, die in einem Bohrloch zwischen zwei Reihen Schneenetzen gemessen wurden. Klar ersichtlich ist, dass die stärksten Deformationen zwischen 2003 und 2004 stattgefunden haben. Dies ist eine klare Folge des Hitzesommers 2003, als sich die Eistemperaturen nur knapp unter dem Nullpunkt befanden. 2008 wurden Sanierungsarbeiten an den Schneenetzen durchgeführt, da sie diese verschoben hatten.
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Veränderungen des Eisgehalts und/oder der Eistemperatur in Felsklüften können zu Felsinstabilitäten führen. Die Prozesse in gefrorenen Felswänden müssen weiterhin untersucht werden, um besser verstanden zu werden. Deshalb führt das SLF Messungen im Fels an diversen Standorten im Engadin, oberhalb Andermatt und im Mattertal durch. Alle Personen werden freundlich gebeten, beobachtete Felsstürze im Hochgebirge hier zu melden.
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