Dez12

Es fängt mit Wasserdampf an, der in der Luft vorhanden sein muss. Sinkt die Temperatur, wird Wasserdampf an kleinen Staubteilchen kondensiert und Wassertröpfchen bilden sich, die ab -10°C zu gefrieren beginnen.

Sechseckiger Schneekristall @ gemeinfrei

Sechseckiger Schneekristall @ gemeinfrei

Die Grundform des Schneekristalls ist ein sechseckiger plattiger Eiskristall, bedingt durch die sechseckige Kristallgitter-Struktur der Wassermoleküle. Auf dem Weg zur Erde wachsen die Kristalle, denn Temperatur, Windverhältnisse und Luftfeuchtigkeit ändern sich. Das bedeutet, dass keine Schneeflocke der anderen gleicht. Von Temperatur und Luftfeuchtigkeit hängt auch die Flockengrösse ab. Über -5°C und erhöhter Luftfeuchtigkeit entstehen grosse Flocken, unter -5°C in trockener Luft fällt der Schnee häufig als Eisnadel und Eisplättchen. Dies trifft vor allem für die Polregionen der Erde zu.

Fallen Schneekristalle auf den Boden und häufen sich zu einer Schneedecke an, entsteht ein komplexes Material. Anfangs noch pulverartig, wachsen die Kristalle zusammen und bilden eine lockere Struktur, die sich laufend verändert.

Die wichtigsten Eigenschaften sind Dichte, Temperatur, Feuchtigkeit und Schneehärte. Und alle Schneeeigenschaften hängen von der Temperatur, der Dichte und der Belastungsgeschwindigkeit ab.

Schnee, ein visko-elasto-plastisches Material

Zusätzlich zur temperaturgetriebenen Dynamik ist die Schneedecke ständig der Schwerkraft ausgesetzt, was zu einer Verformung der Struktur führt. Je kälter und dichter, desto viskoser oder zähflüssiger ist der Schnee. Und je nachdem wie schnell der Schnee verformt wird, reagiert er unterschiedlich. Schnee verhält sich bei langsamer Belastung ähnlich wie dickflüssiger Honig: er ist dehnbar und verformbar. Bei kleiner Dehnungsgeschwindigkeit erfolgt also eine plastische Verformung, bei hoher Dehnungsgeschwindigkeit ist das Verhalten elastisch bis spröd. Bis anhin wurden zur Erklärung Mechanismen wie z. B. Kriechen bzw. Korngrenzengleiten herangezogen. Neuste Untersuchungen am SLF zeigen, dass sich die Deformation von Schnee durch die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften seines Bauelements Eis erklären lässt.

 Bei langsamer Verformung verhält sich Schnee wie eine zähe Flüssigkeit.

Bei langsamer Verformung verhält sich Schnee wie eine zähe Flüssigkeit.

Vor allem lockerer Neuschnee ist ein sehr poröses, zusammendrückbares Material. Seine Kompressibilität hängt in erster Linie von der Dichte, aber auch von Temperatur, Schneeart und Feuchtigkeit ab. Mit zunehmender Grösse der Bindungen und mit zunehmender Kälte wird der Schnee härter, und die Festigkeit des Schnees nimmt mit der Dichte zu.

In einem als Sinterung bezeichneten Prozess verdichten sich die Kristalle weiter und die Poren werden aufgefüllt, so dass die Luftdurchlässigkeit abnimmt. Bei der Sinterung spielen im Eiskristall Gleitvorgänge und Rekristallisation eine wichtige Rolle, bei der das Kristallgefüge durch Umformung neu strukturiert wird.

Diese durch Druck und Temperaturunterschiede ausgelösten Umwandlungsprozesse finden bereits im Inneren der Neuschneedecke statt: Die destruktive (abbauende) Metamorphose beseitigt durch Schmelzen und Verdunsten komplizierte, verzweigte Kristallstrukturen und wandelt die Schneeflocken-Kristalle zu Eiskörnern um.

Neben der Temperatur spielt auch der Druck eine entscheidende Rolle, denn erhöhter Druck führt zum Schmelzen des Schnees, geringerer Druck zum Wiedergefrieren des Schmelzwassers.

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Dez05

Im äussersten Osten der Türkei, in den Provinzen Van und Bitlis an der Grenze zu Iran liegt der Vansee. Sein Wasser ist stark alkalisch, da der einstige Abfluss durch den Vulkan Nemrut Dağı am Westufer vor etwa 1 Million Jahre versperrt wurde. Der Nemrut Dağı ist nach dem sagenhaften König Nimrod benannt, wobei der armenische Name “Bergquell” bedeutet und eher zutrifft. Der See, der im Neogen entstanden ist, misst heute 120 auf 80 km, ist 457 m tief und liegt auf etwa 1’700 Metern. Gespeist wird er von den Flüssen der umliegenden Berge. Zudem ist es der grösste Sodasee der Welt.

Der Berg Çadır Dağı von der Insel Akdamar im Vansee/Osttürkei aus Richtung NW gesehen. Auf der Insel befindet sich die armenische Kirche zum Heiligen Kreuz © Creative Commons Attribution 2.0 Generic

Der Berg Çadır Dağı von der Insel Akdamar im Vansee/Osttürkei aus Richtung NW gesehen. Auf der Insel befindet sich die armenische Kirche zum Heiligen Kreuz © Creative Commons Attribution 2.0 Generic

Der See hat eine einzige endemische Fischart, die Karpfenart Chalcalburnus tarichi, die im Brackwasser lebt. Allerdings ist sie stark bedroht. Berühmt sind auch die Vankatzen, eine Katzenart, die freiwillig ins Wasser geht und schwimmt.

Legende und Geschichte

Eigentlich wollten die Archäologen der Van Yüzüncü Yıl University auf ihren Tauchgängen einer Legende auf die Spur kommen, laut derer im See ein saurierähnliches Tier leben soll – ähnlich dem Loch Ness in Schottland. Das fanden sie zwar nicht, dafür kilometerlange, gewaltige Mauern einer Festung aus der Bronzezeit. Obwohl sie vor etwa 3000 Jahren erbaut wurde und unter Wasser liegt, ist sie erstaunlich gut erhalten. Datiert ist sie jedoch noch nicht.

Es wird vermutet, dass die Festung ein Relikt aus dem Königreich Urartu ist, einer Zivilisation, die auf das neunte bis sechste Jahrhundert v. Chr. datiert wird. Das Königreich siedelte während der regionalen Bronze-/Eisenzeit um den See und errichtete zahlreiche Festungen. Ihr Herrschaftsgebiet umfasste neben der heutigen Türkei auch Armenien und Iran. Bekannt ist etwa Erebuni in Armenien, eine Anlage aus dem achten Jahrhundert v. Chr..

Der grösste See der Türkei lüftet damit ein lange gehütetes Geheimnis. Die Vermutung, dass auf dem Grund des Vansees etwas Aussergewöhnliches zu finden ist, gibt es schon länger, denn in der Umgebung des Sees, an den bergigen Seeufern fanden die Archäologen immer wieder Reste historischer Siedlungen. Der Wasserpegel des Vansees schwankt seit Jahrtausenden stark. Während der Zeit des Urartäischen Reichs stand das Wasserstand wahrscheinlich deutlich tiefer als heute. So kann man annehmen, dass Siedlungen und Festungsanlagen als Folge des schwankenden Wasserstandes immer wieder aufgegeben wurden.

Geologische Untersuchungen

Gestützt wird die Vermutung stark schwankender Wasserstände durch neuste Forschungsergebnisse einer internationalen Forschergruppe angeführt von der Eawag und der Uni Bern. Auf Grund des unterschiedlichen Salzgehalts im Porenwasser der Sedimentkerne aus dem Vansee konnten die Seespiegelschwankungen der letzten 250‘000 Jahre von bis zu 200 m unter- und 105 m oberhalb des aktuellen Seespiegels rekonstruiert werden.

Weil im See absolut betrachtet immer gleich viel Salz gelöst ist, sinkt der Salzgehalt pro Liter Wasser mit steigendem Volumen und umgekehrt. Und weil die Geometrie des Sees vermessen wurde, kann aus den berechneten Volumen auf den Seespiegel geschlossen werden.

Während Zeiten höchster Wasserstände hat der See im Südwesten wahrscheinlich einen Abfluss zum Tigris gehabt. Mit dem abfliessenden Wasser muss der Salzgehalt stark gesunken sein ­– ein Befund, der durch Schalen von Süsswassermuscheln in den Seeablagerungen gestützt wird.

Bei geschlossenem Becken wird die Wasserbilanz des Sees nur von den Zuflüssen und der Verdunstung bestimmt. Dies erlaubt eine Rekonstruktion des Auf und Ab des Seespiegels und damit auch Rückschlüsse auf das Niederschlagsregime im Einzugsgebiet. In der Nähe steht mit dem Berg Ararat jener biblische Ort, wo nach der Sintflut die Arche Noah gestrandet sein soll.

Die Festung im Vansee

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Okt17

Man kann die harte Tour wählen und in acht Stunden von Zwinglis Geburtshaus in Wildhaus hinüber nach Amden-Arvenbüel wandern. Oder für die, die sanfte Gipfelerfahrung mögen, lässt sich der Selun, der sanfteste der Churfirsten, in einer Stunde ab Strichboden leicht erreichen. Dies ist umso empfehlenswerter, als hier ein unvergesslicher Rundblick vom Alpstein in den Alpenbogen möglich ist ohne extreme Leistung zu erbringen. Auf dem Weg zu den Gipfeln wird auch derjenige belohnt, der seine Blicke nicht vom Boden heben mag. Ihm enthüllen sich Einblicke in ein beeindruckendes Höhlensystem.

Wanderrouten im Obertoggenburg

Wanderrouten im Obertoggenburg

Auf dem Weg zum Selun Gipfel darf man das Wildmannlisloch nicht vergessen. Es ist ein ausgedehnter Höhlenkomplex im Seewerkalk. Von ihm wissen wir, dass er von Höhlenbären und später wahrscheinlich von Neandertalern zeitweilig bewohnt wurde.

Das Wildmannlisloch © Adrian Michael, CC BY 2.5

Das Wildmannlisloch © Adrian Michael, CC BY 2.5

Bekannt sind auch die “Donnerlöcher” Wart-, Muelten-, Stumpen- und Böschen-Donnerloch westlich vom Selun. Sie sind geräumige, vertikale Schächte im Schrattenkalk bis zu 176 m tief, aber ohne nennenswerte Horizontalausdehnung. Auf der Alp Selamatt befindet sich das 280 m tiefe Rauchloch und die Köbelishöhle mit ihrem 154 m tiefen Schacht. Die Eingänge dieser Höhlen liegen in den Sandsteinen der Garschella-Formation, einige Meter über dem Schrattenkalk. Die längste Höhle in den Churfirsten ist das Selunhöhlensystem Windloch, Zigerloch, Seeloch und Blockschacht, das seit 1934 erforscht wird. In den Achzigerjahren wurde der 327 m tiefe Sibirschacht am Fusse des Zuestolls gefunden. Die tiefste Höhle ist das Seichbergloch, das schon seit 1969 bis auf 428 m Tiefe bekannt war. Überdies ist das Seichbergloch morphologisch interessant, weil es entlang der Schichtgrenze zwischen Seewerkalk und Garschella-Formation verläuft.

Geologisches Profil beim Chäsererugg Churfirsten © Heim 1917

Geologisches Profil beim Chäsererugg Churfirsten © Heim 1917

Hydrogeologie

Das meiste Wasser, das auf der fast gewässerlosen Nordflanke der Churfirsten versickert, fliesst auf unterirdischen Fliesswegen entgegen der Schichtneigung zur Rinquelle bei Betlis. Diese Quelle erreicht Spitzenabflüsse von 30’000 Litern pro Sekunde, ist allerdings nur der Hochwasserüberlauf von Quellen, die etwas weiter westlich unter der Oberfläche des Walensees liegen. In der Schlucht, in der die Seerenbachfälle ob Betlis imposant in die Tiefe stürzen, tritt auch die Rinquelle ans Tageslicht. Die Rinquelle ist der Eingang zu einer grossen Höhle, die seit 1953 erforscht wird. Zurzeit hat sie eine vermessene Länge von 1,92 km bei einer Höhendifferenz von 33 m, wovon mehr als 1,8 km unter Wasser verlaufen. Die Höhle liegt überwiegend im Betliskalk (Unterkreide) der Säntisdecke. Rund drei Kilometer vom Höhleneingang entfernt befindet sich eine Abzweigung, wo Wasser im Bergesinnern verschwindet. Wohin? Das bleibt vorerst wohl ein Geheimnis.

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Jun20

Joseph Kirschvink stellte 1992 die Hypothese der “Schneeball Erde” auf und postulierte, dass die damalige Erde vom Weltall aus – wegen der geschlossenen Eisdecke über den Meeren und den Kontinenten – wie ein gigantischer Schneeball ausgesehen haben könnte.

Illustration der "Schneeball Erde" vor mehr als 700 Millionen Jahren. Credit: NASA

Illustration der “Schneeball Erde” vor mehr als 700 Millionen Jahren. Credit: NASA

Ob die Erde einst komplett vereist war oder nicht, wird unter Forschern kontrovers diskutiert. Mindestens vier Vereisungen im späten Proterozoikum vor 750 bis 580 Millionen Jahren lassen sich in fast allen Gegenden der Erde nachweisen. Eine Gesamtvereisung der Erde wird für zwei Eiszeiten, die Sturtische vor 715 bis 680 Millionen Jahren und die Marinoische vor 660 bis 635 Millionen Jahren, vermutet. Auch eine noch frühere Vereisungen, die Huronische vor etwa 2,3 bis 2,2 Milliarden Jahren, ist nachgewiesen.

Schneeballerde

Die Ursache der Vereisungen wird im Auseinanderbrechen des Superkontinents Rodinia vermutet. Niederschläge setzte in Gegenden ein, die vorher, wegen der Grösse des Superkontinents, trocken und wüstenähnlich waren. Und so setzte neben der physikalischen Verwitterung wieder die chemische ein. Das im Regenwasser gelöste atmosphärische Kohlendioxid ermöglichte die Kohlensäureverwitterung. Weil so Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernt werden, konnten die Temperaturen sinken, was eine erdweite Vergletscherung ausgelöst haben soll.

Weitere Vermutungen sehen den Auslöser der Sturtischen Eiszeit in den Franklin-Flutbasalten im heutigen Kanada, welches sich damals am Äquator befand. Die Laven, die sich ihren Weg durch sulfatische Evaporitgesteine bahnten, setzten ungeahnte Mengen an Schwefelgasen (SO2, H2S) frei, die in die Stratosphäre aufstiegen, dort Aerosole bildeten und das Sonnenlicht reflektierten. Der Rückzug des Eises wird auf Kohlenstoffdioxid zurückgeführt, das durch Vulkanismus in die Atmosphäre entwich.

Als Folge dieser Eiszeiten sollen sich mehrzellige Lebewesen (Metazoen) entwickelt haben, die sich nach dem Ende der Eiszeit im Ediacarium (vor 630 bis 542 Millionen Jahren) explosionsartig verbreiteten (Ediacara-Fauna) → Das älteste Ökosystem der Erde.

Eine Erklärung – auch zur Klarstellung der bestehenden Diskrepanzen – liefert die sogenannte Wilsonbreen-Formation im Nordosten Spitzbergens, das ja zu jener Zeit auch am Äquator lag, wo Schnee fiel und es Gletscher gab. Diese Gesteinsschichten enthalten detaillierte Informationen über die Umweltveränderungen am Ende der Sturtischen Eiszeit. So stellten die Forscher fest, dass in der 180 Meter dicken Gesteinsabfolge verschiedene Schichten vorliegen, die unter unterschiedlichen Bedingungen entstanden sind. Sie schliessen auf drei Zyklen von Gletschervorstössen und Rückzügen, die im Zeitraum von nur 100’000 Jahren abliefen. Das Ende der Vereisung war also kein einfaches Umschalten vom Eishaus zum Treibhaus. Stattdessen änderte sich das Klima zyklisch. Triebkraft dafür waren nicht primär erhöhte Kohlendioxidwerte der Atmosphäre, sondern vielmehr Schwankungen der Erdachse, die sogenannten Milankovic-Zyklen.

→ Snowball Earth

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Mrz28

Acht Prozent der Flächen der Schweizer Alpen sind in Bewegung!

In Braunwald ist die permanente Geländebewegung ein geologisches Erbe und dauert – wie wir heute wissen –  schon Zehntausende von Jahren an. Vergleichbare Bewegungen kommen in den Schweizer Alpen häufig vor.

Braunwald

Braunwald: von den Geländebewegungen geformte Landschaft unter dem Hanenbüel

Seit über hundert Jahren werden in Braunwald Kriechbewegungen beobachtet. Erstmals bemerkt wurde der instabile Untergrund beim Bau des grossen Hotels vor dem ersten Weltkrieg. Im alltäglichen Leben merkt die Bevölkerung allerdings nichts davon. Erst über längere Zeit wird das geologische Phänomen wahrgenommen, z. B. an Rissen in Fassaden oder leicht geneigten Fussböden. Bei grösseren Ereignissen, die etwa alle 20 bis 30 Jahre stattfinden können, sind z. B. 1999 in Teilgebieten von Braunwald und auch im Tal grössere Schäden entstanden.

Braunwald Hauptabriss des Rutschgebiets

Übersichtskarte Braunwald: orange Umgrenzung des Rutschgebiets mit alter Hauptabrisslinie in Rot

Die geologische Situation

Verschiedene Schichten aus der letzten Eiszeit liegen wie bei einer Cremeschnitte übereinander auf hartem Fels. Diese ≪Cremeschnitte≫ umfasst eine 10 bis 100 m mächtige, kriechende Masse von etwa 3,5 Quadratkilometern; ein Gebiet, das vom Seblengrat zum Brummbach respektive bis zum Schwettiberg / Höcheli (siehe Übersichtskarte) reicht. Sie besteht aus verwittertem und von mehreren Eiszeiten überprägtem Felsmaterial, Kalken und Sandkalken aus dem Gebiet der Eggstöcke. Darin eingeschlossen sind Schichten von sogenanntem ≪blauem Lehm≫, der für die Bewegung am meisten verantwortlich ist. Das Gemisch aus dunkelgrauen Schieferplättchen und graubläulich schillerndem Lehm ist durch die Jahrtausendelange Beanspruchung aus alpinem Opalinuston entstanden. Aufgeschlossen ist der Opalinuston bei der Bergstation der Sesselbahn am Seblengrat.

Geologisches Profil Braunwald

Geologisches Übersichtsprofil Vorder Eggberg – Teufrus (Schindler 1982)

Die Braunwalder begegnen den Problemen mit dem unruhigen Untergrund, seit sie die ersten Bauten auf der Terrasse errichteten. Die spezielle Rolle des Grundwassers wurde früh erkannt wie die zahlreichen, mit Steinpackungen verfüllten Stollensysteme zeigen.

Umfangreiche Untersuchungen nach den Ereignissen 1979/80 unter dem Hotel Bellevue / Feuerwehrdepot zeigten, dass die Geländebewegung nur mit einer möglichst vollständigen Abdrainierung des Grundwassers bis hinab zur Basisgleitfläche in rund 16 Meter Tiefe den Kriechprozess wesentlich verlangsamen kann. Zudem wurde klar, dass der Gleithorizont aus einer Lehmschicht besteht, die sehr schlechte Reibungseigenschaften hat. Dies und das Grundwasser machen es erst möglich, dass sich eine derart grosse Lockergesteinsmasse auf der erstaunlich flachen Ebene (12 bis 15 Grad) überhaupt bewegen kann.

 

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Mrz21

Ein geheimer Fluss der Unterwelt soll etwa 4000 Meter unter der Oberfläche existieren und entleert zusammen mit dem schnelleren Bruder, dem Amazonas an der Oberfläche, das riesige Amazonasbecken. Die Brasilianer nennen ihn Rio Hamza nach dem Entdecker Valiya Hamza.

Amazonas National Park mit Amazonas Fluss

Amazonas National-Park mit Amazonas Fluss © randomlynew.com

Der Hamza “fliesst” als bis zu 400 km breiter Grundwasseraquifer fünftausend mal langsamer als der Bruder salzig in den Atlantik. Sein Entstehungsgebiet liegt wie der Amazonas in den Peruanischen Anden.

Eine Forschergruppe um Prof. Hamza untersuchte 241 inaktive Öl-Borlöcher, die zwischen 1970 und 1980 von Petrobas gebohrt wurden. Die seismischen Daten und die anomalen Bohrlochtemperaturen in Abhängigkeit der Bohrtiefe legen die Existenz eines Aquifers nahe. Ganz unumstritten ist die Hypothese jedoch nicht.

Entstehung

Verschiedene geologische Faktoren müssen eine Rolle gespielt haben. Es wird vermutet, dass tektonische Bewegungen dafür verantwortlich waren, da Tiefenwasser normalerweise nach oben entweichen würde. Als sich die pazifische, ozeanische Platte unter die Kontinentalplatte schob, muss dies dazu geführt haben, dass Wasser nicht aus der Grundwasserschicht entweichen konnte. Eine Aquiferschicht findet sich dort, wo das Wasser auf undurchdringliche Schichten stösst. Sodann erlahmt die vertikale Fliessbewegung und das Wasser beginnt seinem Gefälle gemäss abzufliessen, im Falle des Hamza Richtung Atlantik. Zusätzlich haben Ost-West ausgerichtete Brüche und die Karsttopografie im nördlichen Gebiet des Amazonas-Beckens dazu geführt den Grundwasseraquifer weiter zu speisen. Nicht erwiesen ist, ob es sich beim Hamza um eine durchgehende Grundwasserschicht handelt.

Entstehung des Aquifers Hamza Illustration Entstehung Hamza
2 Schemata zur Entstehung des Aquifers Hamza 

Mächtige Grundwasseraquifere sind nicht selten, mit dem Hamza, der etwa 6000 km lang ist, können sie allerdings nicht mithalten. Beispiele sind das 153 km lange, unterirdische Flusssystem des Rio Secreto auf der Halbinsel Yucatán in Mexiko und der 8,2 km lange Cabayugan Fluss im Puerto Princesa Subterranean River National Park in den Philippinen. Ihre Entstehung, im Gegensatz zum Hamza, geht darauf zurück, dass Wasser das Karbonatgestein partiell auflöste und sich dabei eine Karsttopografie ausbildete. Das Regenwasser sickerte sodann durch die permeablen Schichten und liess ein Flusssystem im Untergrund entstehen.

>> Rio Hamza: YT-Video auf Brasilianisch

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Feb21

Nur wenige Tage in der zweiten Februarhälfte zeigt sich der “Horsetail Fall” im kalifornischen Yosemite-Nationalpark. Was hier glüht ist nicht etwa heissflüssige Lava sondern “nur” Wasser – ein Spektakel, das seinesgleichen sucht.

Horesetail Fall Yosemite National Park

Riesige Granitkuppen, die sich über tiefen Tälern erheben, Jahrhunderte alte Mammutbäume und ein 480 Meter hoher Wasserfall am östlichen Felsrand des Monolithen “El Capitan”  ziehen immer mehr Naturschaulustige und Fotografen an.

Im Yosemite Park gibt es viele Wasserfälle; die besondere Lage des “Horsetail Fall” jedoch ist es, welche das Naturwunder hervorbringt. Die meisten anderen Wasserfälle fliessen nicht von einer hohen, offenen Klippe, sondern in einer Nische oder einer Schlucht. Während des Sonnenuntergangs leuchtet das klare Wasser für wenige Minuten feuerrot und wirkt dann wie Lava.

Erstmals wurde das Phänomen 1973 vom Naturfotografen Galen Rowell festgehalten.

>> “Horsetail Fall” – Das Naturspektakel

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Die Lösung

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