Zusammenhang zwischen Wasser- und Wärmehaushalt der Auftauschicht über Permafrost in steilen, alpinen Blockschutthalden
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Abb. 1 - Alpine Blockschutthalte im Sommer und im Winter
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Von der globalen Klimaerwärmung sind Hochgebirge wie die Alpen besonders stark betroffen: neben dem weithin bekannten Gletscherschwund wird auch der alpine Permafrost degradiert. Der dafür verantwortliche Tauprozess beginnt an der Geländeoberfläche, sodass die Auftauschicht (jährlich auftauend) über alpinem Permafrost dicker wird. Für Steilhänge bedeutet dies, dass die Masse der ungefrorenen und damit schwächer gebundenen Geröllschicht grösser wird und infolgedessen leichter abrutschen kann, insbesondere wenn Schmelzwasser zusätzlich als Schmiermittel wirkt. Daher ist es wichtig, die hydrothermischen Zusammenhänge in der Auftauschicht besser zu verstehen.
Fragestellungen
- Wie verändert sich Form (Schnee, Eis, Flüssigkeit, Dampf) und Menge des Wassers im Verlauf des Jahres in unterschiedlichen Bodentiefen?
- Auf welche Weise beeinflussen die Elemente des Wasserhaushalts wie Schnee- und Eisschmelze, Regen, Infiltration und lateraler Abfluss die Temperaturen in Abhängigkeit von Jahreszeit und Bodentiefe?
- Welche Bedeutung hat das Wasser für die Funktion der Auftauschicht als thermischer Puffer zwischen Atmosphäre und Permafrost?
- Wann ist die maximale Auftautiefe erreicht, wann ist der Abfluss auf dem Permafrostspiegel am grössten und inwiefern wirken sich diese Parameter auf die Hangstabilität aus?
Hypothese
Im Winter ist die Auftauschicht ganz gefroren (Abb. 2). Aufgrund der isolierenden Wirkung der Schneedecke darüber werden atmosphärische Temperaturschwankungen stark gedämpft und zeitlich verzögert. Bei der Schneeschmelze im Frühjahr infiltriert Wasser in den Untergrund und gefriert teilweise wieder am kalten Gestein. Dabei wird latente Wärme frei und die Temperatur steigt markant an. Ein Teil des Wassers erreicht den Permafrostspiegel und fliesst auf diesem lateral ab. Erst wenn aller Schnee weggeschmolzen ist, beginnt im Sommer das oberflächennahe Bodeneis zu tauen. Schmelz- und Regenwasser versickern rasch im groben Geröll. Der Permfrostkörper ist jedoch weitgehend undurchlässig und führt das Wasser hangabwärts. Wenn die Lufttemperaturen im Herbst sinken, friert die Auftauschicht sowohl von der Oberfläche als auch von der Basis her bis schliesslich sämtliches Bodenwasser in Eis umgewandelt ist.
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Abb. 2 - Für das hydrothermische Regime der Auftauschicht über alpinem
Permafrost in einer steilen Blockschutthalde (hier das Beispiel Muot
da Barba Peider auf 2980m oberhalb von Pontresina
im Engadin zu den vier Jahreszeiten)
sind Schneebedeckung und -schmelze von entscheidender Bedeutung.
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Methodik
Für das vorgestellte Projekt wurde ein integrativer, dreiteiliger Ansatz gewählt, bestehend aus:
- Laborexperimenten (Wirkungskomponente jedes einzelnen Einflussfaktors)
- Freilandmessungen (Abb. 3) (komplexes Zusammenwirken vieler Faktoren im Gelände)
- Numerischer Simulation (Prüfen des Modells auf Repräsentativität und Übertragung der punktuellen Messergebnisse auf den Raum
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Abb. 3 - Hangparalleler Schnitt durch die Versuchsanordnung im Gelände
zur Messung der Untergrundparameter Temperatur (Thermistoren), Wasserdampfmenge
(Wasserdampf-Fallen), Wasserstand über Permafrost (Ultraschallsonde
in Piezometer), laterale Hangbewegung (Inclinometer), Bodenwassergehalt
(TDR-Sonden) und in Untergrund infiltrierende Wassermenge (Lysimeter). Klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrössern.
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Bedeutung
Die Ergebnisse dieses Projektes werden helfen, die Auswirkungen des Klimawandels auf den thermischen Zustand alpinen Permafrostes und damit die Gefahr potentieller Hangrutschungen besser abschätzen zu können.
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| Stichworte: |
SLF, Schnee, Lawine, Lawinen, Forschung |
