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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Jan31

Der Antarktische Eisschild ist eine der beiden polaren Eiskappen. Er ist die grösste Eismasse der Erde und bedeckt den antarktischen Kontinent fast vollständig. Die Fläche des Eisschildes wird auf 14 Millionen Quadratkilometer und das Eisvolumen auf 26 Millionen Kubikkilometer geschätzt. Für die durchschnittliche Eisdicke wird ein Wert von 2 km angenommen, die maximale Eisdicke wurde mit 4776 Metern in Adélieland gemessen.

Die Antarktis  Grössenvergleich: Europe überlagert Antarktis

v.l.n.r.: Die Antarktis; Grössenvergleich Europa -Antarktis

Schlittenhunde gegen Motorschlitten

Die Forscher Roald Amundsen und Robert Falcon Scott brachen fast gleichzeitig auf, um sich auf den Weg in Richtung Südpol zu machen. Warum war Amundsen schneller am Ziel? Amundsen lebte lange Zeit bei den Inuit, den Ureinwohnern der Arktis, und lernte die wichtigsten Dinge, die man in dieser Landschaft zum Überleben benötigt. Auf Grund dieser Erfahrung nahm er Schlittenhunde, die seine Schlitten, die Ausrüstung und den Proviant zogen; eine gute Idee, wie sich herausstellen sollte.
Robert Scott dachte, dass der norwegische Forscher sich auf dem Weg zum Nordpol befand. Der hatte aber mittlerweile seine Pläne geändert. Obwohl Scott schon Erfahrungen in der Antarktis gesammelt hatte, setzte er auf eine Art Motorschlitten. Sie hielten der Kälte der Antarktis jedoch nicht stand. Auch die mitgeführten Ponys waren dem Eis und Schnee nicht gewachsen.

Amudens Antarktik Expedition 1911 Kapitän Scott

v.l.n.r.: 1911 – Amundsens Antarktik Expedition mit Schlittenhunden; Kapitän Scott der einen Monat später das Ziel erreicht hatte.

Die Befürchtungen Scotts bewahrheiteten sich. Als er am 18. Januar 1912 die norwegische Flagge am Südpol wehen sah, konnte er sich nicht freuen es ebenfalls geschafft zu haben; er war “nur” zweiter. Am 14. Dezember 1911 nämlich hatte der Norweger Roald Amundsen als erster Mensch den Südpol erreicht.

Die Expeditionsrouten von Amundsen und Scott

Auf dem entbehrungsreichen Gewaltmarsch durch die Eiswüste der Antarktis hatten Amundsen und seine Mannschaft schier Übermenschliches geleistet: 1500 Kilometer in 56 Tagen bei orkanartigen Schneestürmen und eisigen Temperaturen.

Scott und dem kleinen Rest seiner Mannschaft machte der Rückweg schwer zu schaffen. 1300 Kilometer Weg lagen vor ihnen; keiner sollte diesen Marsch überleben.

>> Der Wettlauf zum Südpol

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Jan24

Griechische Astronomen stellten fest, dass hoch über dem letzten Norden ein Sternbild schimmerte: Das Sternbild des Bären, griechisch arktos. Das Land im hohen Norden unter dem Sternbild des Bären wurde deshalb Arktis genannt. Nach griechischer Auffassung musste auf der südlichen Halbkugel aus Gründen der Symmetrie ein Gegensternbild flimmern, ein Ant-arktosebenfalls über Eis und Schnee.

Antarktis_lizenzfrei

Antarktis

Seit der Zeit des Aristoteles haben die Menschen eine vage Vorstellung von der Antarktis. Sie ist eine mächtige, sagenhafte Phantasiewelt, unnahbar und geheimnisvoll und regte die Einbildungskraft der Menschen übermässig an.

Auf den ältesten Landkarten der südlichen Hemisphäre, die von Orontius und Mercator im 16. Jahrhundert angefertigt wurden, wird das Vorhandensein eines grossen Südkontinents – Terra Australis Incognita – postuliert, wenn auch eine solche Landmasse nie gesichtet worden war. Tatsächlich war der südliche Ozean bis zum Jahr 1700 von keinem Schiff befahren worden. James Cook’s Entdeckungsfahrten im achtzehnten Jahrhundert, die ersten, bei welchen der südliche Polarkreis überquert wurde, beendeten für immer den Traum von einem reichen südlichen Gebiet mit gemässigtem Klima, das von mythologischen Geschöpfen und Völkern bewohnt wird. Seine Berichte über die reiche Fauna im südlichen Eismeer führte zur Entwicklung der Robben- und Walfangindustrie und dadurch zu den darauffolgenden Erkenntnissen über die Verletzlichkeit der Umwelt unseres Planeten, durch die die Wissenschaft im zwanzigsten Jahrhundert so viel lernte.

Wie enstand die Antarktis?

Die Antarktis war nicht immer ein vereister Kontinent – vor 70 Millionen Jahren war das Klima wahrscheinlich subtropisch, das Land von Wäldern bedeckt und von Tieren bevölkert. Heute wird angenommen, dass Antarktika den Kern des Superkontinenten Gondwana bildete, der Südamerika, Australasia, Ozeanien und Indien einschloss.

Das Auseinanderbrechen von Gondwana:

Vor 280 Millionen Jahren: Die Antarktis war Teil von Gondwanaland. Der Superkontinent begann nach Norden zu wandern.
Vor 140 Millionen Jahren:  Von Gondwanaland trennten sich Südamerika und Afrika und der Südatlantik begann sich zu öffnen.
Vor 60 Millionen Jahre: Nun beginnen sich Australien und Antarktika langsam zu trennen.

Ein unerwartetes Resultat lieferte die jüngste Reise des Forschungsschiffes Glomar Challenger, mit der die Verbindung der Antarktis zu Südamerika, die Wanderung des Kontinents und die Frühentwicklung des Südatlantiks erforscht werden sollte. Am Rande der Antarktis fand man ein Bruchstück eines versunkenen Kontinents, das vor 150 Millionen Jahren zur heutigen Südostküste Südafrikas hinpasste. Damit fand man das “Stück” der noch bestehenden Lücke in der Rekonstruktion des Superkontinents.

 

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Jan17

Das Ausmass des Abschmelzens eines Gletschers kann nicht direkt mit steigenden Temperaturen in Beziehung gesetzt werden. Es kann sich bei höheren Temperaturen bis zu einem bestimmten Grad sogar besser Gletschereis bilden als in extrem kalten Gegenden, wie wir aus dem letzten Beitrag wissen.

Gletscher wachsen und schmelzen

Für die Entwicklung eines Gletschers, d. h. ob er wächst, schmilzt oder gleich bleibt, sind nebst Hangneigung und Bodenbeschaffenheit vor allem die Niederschlagsmengen wichtig. Damit ein Gletscher entsteht und wächst, muss mehr Schnee fallen als abschmilzt, verdunstet oder vom Wind abgetragen wird. Man spricht deswegen vom Massenhaushalt eines Gletschers.

Für die positive Massenbilanz, bei welcher der Gletscher mindestens seine Grösse hält, ist vor allem die Witterung in der Abschmelzperiode wichtig. In der Regel führen kühle und niederschlagsreiche Sommer zu einem Massenzuwachs.

Ein Gletscher verliert an Masse

Gletscher schmelzen nicht nur durch äussere Einwirkung bei Sonnen- bzw. Wärmeeinstrahlung, sondern auch durch innere Kräfte, nämlich durch die Last und den Druck der Eismassen, die den Schmelzpunkt des Eises am Gletscherfuss verringern. So fliesst denn Schmelzwasser nicht nur an der Oberfläche ab, sondern auch subglazial unter dem Gletscher hindurch bis zur Gletscherzunge.

Gletscher beim Kalben © http://www.gletscher-info.de

Ein Gletscher beim Kalben

Auch beim sogenannten Kalben eines Gletschers, der ins Meer mündet und bei dem Brocken abbrechen, die als Eisberge im Meer treiben, verringert sich die Masse. Besonders gefährdet sind Gletscher auf Hochplateaus, wo der Wind so viel Schnee wegfegt und sich nur schlecht Schnee ansammeln kann aus dem Gletschereis entstehen würde.
Wenn durch diese Verluste die Massenbilanz dauerhaft negativ ist, kann von einer Gletscherschmelze, bzw. Abschmelzen eines Gletschers gesprochen werden.

Gletscherschmelze durch Russ und Staub

Gletscher reflektieren normalerweise fast 90 % des Sonnenlichts. Verschmutzte Gletscher hingegen absorbieren die Sonnenstrahlung, d. h. sie nehmen Sonnenenergie auf, die in Wärme umgewandelt wird. Die Verschmutzung des Gletschereises entsteht durch Russ und Staub, also mit all dem, was Industrie oder Privathaushalte verfeuern und so fördert verunreinigtes Eis die Gletscherschmelze deutlich.

Reflektion bei verschmutztem Eis

Im Himalaya beispielsweise scheinen einige Gletscher zu wachsen, andere schmelzen dramatisch ab. So soll die Russ-Konzentration im Eis des Mount Everest im Jahr 2000 dreimal so hoch sein wie vor 1975. Die wachsenden Gletscher des Karakorums hingegen werden vom Schutt vor Sonneneinstrahlung geschützt.

Ob ein Gletscher schmilzt oder wächst, hängt also von einem sehr komplexen Zusammenspiel verschiedenster Faktoren ab: (Sommer-)Witterung, Hangneigung, Umgebungs- und Bodenbeschaffenheit, Russ, Schutt, Sonneneinstrahlung, Windstärke und Windrichtung, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, schneeiger und nicht-schneeiger Niederschlag, Höhenlage der Schneegrenze. Alle diese Faktoren wirken auf die Massenbilanz eines Gletschers.

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Die Lösung

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