Gletscherdynamik - Bewegung und Fließgeschwindigkeit kalter, temperierter und polythermaler Gletscher


Hausarbeit (Hauptseminar), 2011

24 Seiten, Note: 2,0


Leseprobe

Inhaltverzeichnis

1 Einleitung

2 Klassifizierung von Gletschern
2.1 Temperierte Gletscher
2.2 Kalte Gletscher
2.3 Polythermale Gletscher

3 Gletscherbewegung
3.1 Deformationsfließen oder interne Deformation
3.2 basales Gleiten

4 Fließgeschwindigkeit von Gletschern
4.1Fließgeschwindigkeit im Längsprofil
4.2 Fließgeschwindigkeit im Querprofil
4.3 Zeitliche Schwankungen der Fließgeschwindigkeit
4.4 Geschwindigkeitsänderungen bei Gletschervorstößen
4.5 Gletscherspalten als Bewegungsindikatoren
4.5.1 Bergschründe und Randspalten
4.5.2 Querspalten
4.5.3 Zungenrandspalten

5 Beispiele für verschieden Arten von Gletschern
5.1 Jakobshavn Isbræ als Beispiel für kalte Gletscher
5.2 Der Unteraargletscher als Beispiel für temperierte Gletscher
5.3 Storglaciären als Beispiel für polythermale Gletscher

6 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

1 Einleitung

Gletscher sind aktive, dynamische Komponenten unseres klimatischen Systems. Sie sind nicht nur wichtig für das Klima, sondern prägen auch die Landschaften durch ihren Rückzug und auch ihre Ausbreitung. Etwa 10% der heutigen Festlandfläche wird von Gletschern oder Inlandeismassen bedeckt. Die große Menge an Schmelzwasser, welches bei der Erwärmung der Erde von den Gletschern freigesetzt wird, führt dazu, dass die Gletscher in den letzten Jahren zu einem der Forschungsschwerpunkte aufgestiegen sind. Grund ist der Meeresspiegelanstieg der durch die Mengen an Schmelzwasser verursacht werden könnte. So wurde auch die Gletscherdynamik, welche Thema dieser Arbeit sein soll, ausführlich untersucht.

Die vorliegende Arbeit soll einen Einblick in die Gletscherdynamik geben. Es wird auf die verschiedenen Bewegungen und Fließgeschwindigkeiten kalter, temperierter und polythermaler Gletscher eingegangen. Dabei wird als erstes eine thermale Differenzierung der einzelnen Typen vorgenommen. Anschließend werden die Gletscherbewegung und ihre Arten thematisiert. Nachdem die verschiedenen Formen der Bewegung angesprochen wurden, folgt eine Einführung in die Fließgeschwindigkeit von Gletschern. Innerhalb dessen sollen in Längs- und Querprofil ablaufende Bewegungen und deren Fließgeschwindigkeit näher betrachtet werden. Die Schwankungen der Geschwindigkeit, das Beispiel von Gletschervorstößen und die Funktion von Gletscherspalten werden den Punkt der Fließgeschwindigkeit abschließen. Daraufhin wird jeweils ein Beispiel zu kalten, temperierten und polythermalen Gletschern aufgeführt. Diese sollen einen Vergleich möglich machen aber auch aufzeigen, dass sich Gletscher auch unabhängig von ihren thermalen Eigenschaften bewegen können.

2 Klassifizierung von Gletschern

Die Klassifizierung der Gletscher erfolgt anhand von verschiedenen Kriterien. Eine Differenzierung der einzelnen Typen kann anhand von dynamischen, morphologischen und thermalen Gesichtspunkten dargestellt werden. In dieser Arbeit soll die thermale Unterteilung im Vordergrund stehen. Hierbei ist der Hauptunterschied der Druckschmelzpunkt oder auch die Druckschmelztemperatur. Dieser bezeichnet „die durch Auflagedruck überlagerter Massen erniedrigte Schmelztemperatur von Eis“ (Leser:2005:166). Die auflastbedingte Schmelztemperatur wird durch das Eigengewicht des Gletschers an seiner Basis bestimmt. An dieser Stelle sinkt „der Schmelzpunt des Eises um etwa 0,06 °C pro 100m“ (Ahnert:1996:327). Die Temperaturen des Eises oder Wassers werden durch weitere Prozesse des Wärmehaushaltes gesteuert. Zum Einen kommt es an der Oberfläche des Gletschers durch Strahlung und Luftmassenaustausch zur Energiezufuhr und - abgabe. Zum Anderen wird dies durch in Spalten eindringendes Sicker- oder Regenwasser sowie geothermischen Wärmefluss verursacht (Zepp:2008:193-194).

2.1 Temperierte Gletscher

Temperierte oder warme Gletscher sind vor allem in den mittleren- und niederen Breiten verteilt. Bei ihnen befindet sich die Temperatur des Eises in der Nähe des Druckschmelzpunktes. Sie produzieren ganzjährig Schmelzwasserabflüsse, was zusammen mit dem niedrigen Druckschmelzpunkt zur Entstehung eines Wasserfilms an der Gletschersohle führt. Der Wasserfilm weist ein streifen- oder auch fleckenförmiges Muster auf. Dieser begünstigt die Fließbewegung des Eises. Wenn es zu Unebenheiten an der Gletschersohle kommt, kann dies zu Temperaturschwankungen um den Druckschmelzpunkt führen. Eine Folge davon wäre die Regelation, ein Schmelzen und Wiedergefrieren des Eises (Greve:2009:273-238/Zepp:2008:194).

Der Prozess der Regelation bewirkt eine Änderung des Kristallgefüges und eine Formänderung des Eises. Zusammen mit der Temperatur am Druckschmelzpunkt tragen diese Veränderungen zur leichten Verformbarkeit temperierter Gletscher bei. Da die Verformbarkeit in Gefällrichtung orientiert ist, wird sie zu einer plastischen Fließbewegung (Ahnert:2009:301-302). Kommt es zu einer Fließbewegung über Lockermaterial, dessen Poren wassergesättigt sind, wird die Rauigkeit an der Sohle herabgesetzt und eine höhere Fließgeschwindigkeit ist die Folge. Warme Gletscher reagieren auf Klimaänderungen mit Vorstößen oder Abschmelzen (Greve, Blatter:2009:273-238/Zepp:2008:194).

2.2 Kalte Gletscher

Dieser Gletschertyp ist hauptsächlich in polaren Gebieten der Erde anzutreffen. Sein wichtigstes Unterscheidungsmerkmal zum temperierten Gletscher ist die Eistemperatur. Diese befindet sich nicht, wie bei warmen Gletschern, am Druckschmelzpunkt, sondern liegt deutlich darunter. Dadurch befindet sich kein Wasserfilm an der Sohle des Gletschers, sondern das Eis ist am Untergrund festgefroren. Kommt es, in Folge der Bewegung des Gletschers, zu Druck- oder Zugbeanspruchung, so reagiert das Eis spröde. Die Bewegung kennzeichnet sich durch plastische Deformation und durch ein Gleiten, vorwiegend in einer Blockschollenbewegung über den Untergrund oder entlang von Scherflächen (Ahnert:2009:302/Zepp:2008:194).

2.3 Polythermale Gletscher

Dieser Typus verbindet sowohl temperierte, als auch kalte Eistemperaturen. Die Eistemperaturen nahe dem Druckschmelzpunkt befinden sich im Akkumulationsgebiet des Gletschers. Im Ablationsgebiet gelegene Temperaturen sind eher typisch für kalte Gletscher, da sie sich unterhalb des Druckschmelzpunktes befinden. Somit haben besonders polythermale Gletscher ein starkes Temperaturgefälle. Die kalten und temperierten Flächen im Gletscher werden durch eine interne, freie Übergangsfläche getrennt (Putzlager:2010:23).

3 Gletscherbewegung

Grundlegend entstehen Gletscher aus Schnee- und Firnansammlungen, die im Falle eines zu geringen jährlichen Wärmehaushaltes vor dem Abschmelzen bewahrt bleiben (Leser:2003:278). Sobald ein bestimmter Schwellenwert bei der Mächtigkeit des Eises, in Verbindung mit dem Gefälle des Untergrundes und der Eisbeschaffenheit erreicht ist, bewegt sich ein Gletscher. Dabei orientiert sich die Bewegungsrichtung des Gletschers an der Gefällrichtung der Gletscheroberfläche, welche vom Gefälle des Untergrundes abweichen kann. Gletscher bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten voran. Bei der Art der Bewegung gibt es unterschiedliche Formen, abhängig von der Temperatur des Gletschereises und dem vorherrschenden Druck im Eis (Zepp:2008:192-194).

Grundlegend kann ein Gletscher als ein System betrachtet werden, welches sich aus den Elementen Massenzufuhr, Massenspeicher und Massenabfuhr zusammensetzt und im dynamischen Gleichgewicht befindet. Die Massenzufuhr bezieht sich auf das Akkumulationsgebiet eines Gletschers. An dieser Stelle wird dem Gletscher Masse zugeführt, was durch Schneefall, Gefrieren von Niederschlag, Lawinen und der Windverfrachtung von Schnee erfolgen kann. Alle Prozesse die zur Massenabfuhr beitragen befinden sich im Ablationsgebiet. Hierbei kommt es zu Schmelzprozessen, dem Gletscherabbruch, auch Kalbung genannt und Verdunstung. Die Gleichgewichtslinie kennzeichnet den Bereich, in dem sich Massenzufuhr- und abfuhr ausgeglichen verhalten (Meyer:2004:32/Strahler:1999:471).

3.1 Deformationsfließen oder interne Deformation

Unabhängig von den klimatischen Rahmenbedingungen und den Eigenschaften des Untergrundes, leitet sich diese Art der Bewegung hauptsächlich von den physikalischen Eigenschaften der Eiskristalle des Gletschereises ab. Diese werden durch den Druck der Eismassen im plastischen Bereich des Gletschers bewegt. Abbildung 1 zeigt die Aufteilung der Zonen beim plastischen Fließen. Dabei wird die obere starre Zone durch die plastische Bewegung der unteren Zone mit bewegt (FUB:2007:o.A.).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: plastisches Fließen eines polaren/kalten Gletschers (FUB:2007:o.A.)

Ausgehend von dem Fließgesetz von Glen, siehe Abbildung 2, „entsteht eine Bewegung, wenn durch das Massenungleichgewicht zwischen den unterschiedlichen Teilen des Gletschers und die resultierende Neigung der Eisoberfläche, zusammen mit der vorhandenen Eismächtigkeit, eine Schubkraft oberhalb des Schwellenwertes von 50 kPa entsteht“(Putzlager:2010:18,nach Winkler:2009:23). Die interne Deformation nimmt vom Rand zur Mitte und von unten nach oben hin zu (Putzlager:2010:18).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Beziehung zwischen Schubspannung und Deformationsgeschwindigkeit für verschiedene Materialien (verändert nach PATERSON:1994, aus WINKLER:2009:23)

e = A · ϯn

e = Deformationsgeschwindigkeit (m/s) ϯ = Schubspannung (N/m²)

A = temperaturabhängige Konstante (m² · s/kg) n = empirischer Exponent ( - )

3.2 Basales Gleiten

Diese Form der Bewegung ist typisch für temperierte Gletscher. Da sich das Eis am Druckschmelzpunkt befindet, kann ein dünner Schmelzwasserfilm an der Sohle des Gletschers entstehen, wodurch er, wie Abbildung 3 zeigt, gleiten kann. Bei kalten Gletschern ist diese Form der Bewegung nicht möglich, da die vorherrschenden Temperaturen nicht ausreichen, um das Eis zum Schmelzen zu bringen, wodurch das Gleiten ermöglicht wird. Eine weitere Möglichkeit von temperierten Gletschern ist die Bewegung durch Deformation subglazialer Sedimente. In diesem Fall besteht der Untergrund aus unverfrorenem Lockermaterial. Auf diesem kann der Gletscher in die vorgegebene Eisflussrichtung gleiten, wenn es zur Deformation der unterlagernden Schichten gekommen ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Basales Gleiten eines temperierten Gletschers auf dem Schmelzwasserfilm (FUB:2007:o.A)

Es muss erwähnt werden, dass ein fließender Gletscher nicht zwangsläufig ein vorstoßender Gletscher ist. Solange ein Gletscher existiert findet auch eine Fließbewegung statt, dies bedeutet aber nicht, dass das äußerste Ende des Gletschers vorstößt. In Abbildung 4 ist dargestellt, wie sich die Gletscherfront im Rückzug befindet, obwohl es eine Eisbewegung nach vorne gibt. Verursacht durch das Deformationsfließen findet eine kontinuierliche Vorwärtsbewegung statt, selbst im Fall eines Gletscherrückzuges. Der Vorstoß dagegen hängt vom Verhältnis zwischen Ablation und Akkumulation ab (Putzlager:2010:18-19).

[...]

Ende der Leseprobe aus 24 Seiten

Details

Titel
Gletscherdynamik - Bewegung und Fließgeschwindigkeit kalter, temperierter und polythermaler Gletscher
Hochschule
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Note
2,0
Autor
Jahr
2011
Seiten
24
Katalognummer
V197336
ISBN (eBook)
9783656235651
ISBN (Buch)
9783656239321
Dateigröße
1068 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Gletscherdynamik, Fließgeschwindigkeit, kalter Gletscher, temperierter Gletscher, polythermaler Gletscher, Klassifizierung von Gletschern, Gletscherbewegung, Deformationsfließen oder interne Deformation, basales Gleiten, Fließgeschwindigkeit von Gletschern, Gletscherspalten, Arten von Gletschern, Unteraargletscher, Jakobshavn Isbræ, Storglaciären
Arbeit zitieren
Erik Schrenner (Autor), 2011, Gletscherdynamik - Bewegung und Fließgeschwindigkeit kalter, temperierter und polythermaler Gletscher, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/197336

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