Die Entstehung und Eigenschaften der Gletscher

Inhalt

1. Eine kurze Einführung

2. Die Entstehung der Gletscher - Die Umwandlung von Schnee zu Eis

3. Die Eigenschaften der Gletscher - Gletschermorphologie - Physik des Eises, Mechanismen der Eisbewegung

4. Methoden der Untersuchung des Gletscherverhaltens
- Massenbilanzen
- Eisbohrkerne
- Radarmessungen
- Photogrammetrische Untersuchungen

5. Zusammenfassung

6. Abbildungsverzeichnis

7. Literaturverzeichnis

1. Eine kurze Einführung

„A glacier may be defined as an accumulation of ice and snow that moves under it`s own weight in response to gravitational force. It is a natural body of ice” (Singh, 2001, 448)

Gletscher prägen nicht nur die Hochgebirgsregionen der Erde; in den Polargebieten bedecken ihre Eispanzer ganze Kontinente. Sie kalben Eisberge so hoch wie ein Mehrfamilienhaus und speichern mehr als drei Viertel der weltweiten Süßwasserreserven. Trotz ihrer Größe sind sie sehr empfindlich. Auf das immer wärmer werdende Klima reagieren sie mit einem Rückzug. Vor allem in den Alpen schrumpfen die Gletscher mit alarmierender Geschwindigkeit.

Zum Beginn noch ein paar Fakten:

Der größte Gletscher in Europa ist der Vatnajökull in Island mit einer Fläche von 8.300 km².

Abb. 1: Vatnajoküll (Geoscience-Online, 2004)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der größte Gletscher der Alpen ist der Aletschgletscher. Dieser hat eine Länge von etwa 23 km. Er besteht aus rund 27 Milliarden Tonnen Eis.

Abb. 2: Aletschgletscher (Lexikon zur Glaziologie, 1993)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der Kutiah Gletscher in Pakistan ist der schnellste Gletscher der Welt. Er hat eine Fließgeschwindigkeit von 12 km in 3 Monaten, welches einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 112 m pro Tag entspricht (Enzyklopädie Wikipedia, 2004).

Wie ein Gletscher entsteht und wie er sich bewegt, soll in den ersten beiden Teilen dieser Ausarbeitung behandelt werden. Darüber hinaus geht es um die Physik des Eises und um einige Gletscherformen. Der daran anschließende Teil beinhaltet die Erforschung und Beobachtung von Gletschern mit unterschiedlichen, derzeit aktuellen Forschungsmethoden.

2. Die Entstehung der Gletscher – Die Umwandlung von Schnee zu Eis

Der erste Schritt in der Entstehung von Gletschereis ist Schneefall. Der gesamte Prozess dauert sehr lange und ist vor allem sehr komplex. Wie der Schnee sich in Eis umwandelt und wie lange diese Transformation dauert, ist abhängig von der Temperatur. In gemäßigten Regionen, wo es Perioden des Abschmelzens und wiederum auch Perioden des Gefrierens gibt, wird Schnee schneller zu Eis umgewandelt. In der Antarktis hingegen, wo die Temperatur das gesamte Jahr unter dem Gefrierpunkt liegt, geht dieser Prozess sehr viel langsamer vonstatten. In weiten Teilen des antarktischen und des zentralen grönländischen Inlandeises gibt es keine Schmelzwässer an der Oberfläche. Daher wird der Schnee in diesen Bereichen weniger rasch und erst in größerer Tiefe zu Gletschereis umgewandelt. Während die Umwandlung von Schnee in Gletschereis in Nordwestgrönland mehr als 100 Jahre dauert, wird am Seward-Gletscher (Alaska) der Schnee schon in drei bis fünf Jahren zu Gletschereis (Benn & Evans, 1998).

Auf Gletschern wird die eigentliche Schneegrenze als Firnlinie bezeichnet. Oberhalb der eigentlichen Schneegrenze ist das Angebot an festen Niederschlägen größer, unterhalb kleiner als die Ablation, als das Schmelzen und Verdunsten.

Um das ganze an einer Grafik zu verdeutlichen wo das Gletschereis entsteht, siehe folgende Abbildung (Abb.3). Ein Gletscher ist in ein Nährgebiet (= accumulation area) und in ein Zehrgebiet (= ablation area) unterteilt. Das Nährgebiet wiederum ist gegliedert in 4 weitere Zonen – eine „dry-snow zone, eine percolation zone, eine wet-snow zone und eine superimposed ice zone. Nicht jeder Gletscher zeigt allerdings diese vollständige Sequenz. Auch die Grenzen zwischen den Zonen variieren von Jahr zu Jahr abhängig von den Wetterbedingungen.

Abb. 3: Zonen im Gletscher (Paterson, 1994)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gletschereis bildet sich oberhalb der eigentlichen Schneegrenze aus der jahrelangen Anhäufung fester Niederschläge in einem komplizierten Umwandlungsprozess. Unterhalb der regionalen bzw. klimatischen Schneegrenze schmilzt der Schnee im Sommer völlig ab, oberhalb der Schneegrenze verändern weitere Prozesse, abgesehen von immer wieder möglichen Neuschneefällen, den bereits liegenden Schnee.

Der körnige Schnee einer Anhäufungsperiode, damit ist der Schnee gemeint, welcher noch keine sommerliche Schmelzperiode überstanden hat, wird als Altschnee bezeichnet. Der Schnee, welcher jedoch eine Ablationsperiode überdauern konnte, wird als Firn bezeichnet.

„...the strict meaning of „firn“ is wetted snow, that has survived one summer without being transformed to ice“ (Paterson, 1994, 9).

Bei der Umwandlung von Schnee in Gletschereis werden zwei Vorgänge unterschieden, die destruktive und die konstruktive Metamorphose. Wesentliche Vorgänge bei der Metamorphose sind das Schmelzen der einzelnen Kristalle und das Wiedergefrieren. Des weiteren die dampfförmige Substanzumlagerungen infolge lokaler Temperatur- und Dampfdruckunterschiede sowie die Neuordnung im Eis als eine Folge thermodynamischer Unbeständigkeit an den Kristalloberflächen.

Frische Schneekristalle haben komplexe Formen mit vielen Ästen. Bei der Metamorphose verlieren die Schneekristalle ihre filigrane Gestalt, sie werden runder und kompakter.

Abb. 4: Schneekristalle (www.geoscience-online.de, 17.09.2004)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei der destruktiven Metamorphose werden die feinverzweigten Strukturen der Schneeflocken durch Schmelzen und Verdunsten abgebaut. Das Wiedergefrieren spielt hier eine wichtige Rolle. Die verästelten hexagonalen Schneekristalle werden durch Schmelzen und Wiedergefrieren in eine körnige Kornform übergeführt. Wenn das Eis schmilzt, so bricht das Kristallgitter zusammen und die einzelnen H2O-Moleküle können sich dichter zusammenlagern. Je weiter nun das Schmelzen vor sich geht, desto mehr bricht die Ordnung zusammen und je weniger Platz brauchen die Moleküle. Aus den einst so filigranen Eiskristallen werden runde, kompakte Gebilde. Aus Neuschnee wird so vorerst Altschnee und daraus wird dann Firn. Bei dieser Umgestaltung wirken sowohl Diffusions- als auch Konvektionsprozesse.

Somit erklärt die destruktive Metamorphose den Abbau der Ausgangsstruktur der Schneekristalle. Die konstruktive Metamorphose hingegen erklärt die Neubildung. Dazu gehört das Wachsen kleinerer Firnkörner aufgrund von Verdunstung und Sublimation in der Schneedecke. Dabei verlagert sich Wasserdampf von kleineren Körnern und hohem Wasserdampfdruck zu größeren Körnern mit geringerem Wasserdampfdruck. Die größeren Körner wachsen mithin auf Kosten der kleineren und des Schneezementes, der von den Verbindungsbrücken zwischen den einzelnen Körnern zu den größeren hin umgelagert wird (Paterson, 1994).

Die genannten Vorgänge sind hauptsächlich Umwandlungsvorgänge, welche den Schnee schon während der winterlichen Schneefallperiode verändern. Hinzu kommt noch ein weiterer Prozess, welcher zur endgültigen Bildung von Gletschereis führt. Dazu gehört die Sinterung der Schneedecke, Überlagerungs- und Bewegungsdruck. Diese Vorgänge führen zu einer weitern Verdichtung, zu einer Verringerung des Porenvolumens und weitgehend zum Auspressen der Luft.

Sinterung tritt überall dort auf, wo innerhalb von Gletschern durch Druck der Gefrierpunkt erniedrigt wird. Dynamischer Druck, welcher hervorgerufen wird durch die Bewegung im Gletscher oder an Hindernissen an der Gletscherbasis, setzt bei Druckzunahme den Gefrierpunkt herab und bei Druckabnahme wieder herauf. Solche Druckschwankungen sind für den Vorgang der Regelation verantwortlich. Darunter versteht man das Schmelzen von Gletschereis bei Druckzunahme und das Wiedergefrieren bei Druckabnahme. Auch löst dieser Vorgang ein weiteres Wachsen der Firn- und Gletschereiskörner auf Kosten der kleineren und des zwischen ihnen lagernden Schnee- und Eismaterials aus (Marcinek, 1984).

Die stetigen Schneefälle schichten sich übereinander, und die jeweils jüngste Schicht übt einen Druck auf die unteren Schichten aus. Demzufolge ergeben sich natürlich unterschiedliche Dichten für Schnee bzw. Firn.

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