Jan10

Gletscher haben mit ihrer Kraft die Landschaften unseres Planeten mitgestaltet. Sie sind für viele Täler, Seen und Hügel verantwortlich und sind gigantische Süsswasserspeicher.

Santa Cruz-Perito Moreno Gletscher; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Der Perito Moreno Gletscher in Argentinien; © Mariano Cecowski, CC BY-SA 3.0

Wie Gletscher entstehen

Gletscher entstehen dann, wenn mehr Schnee fällt als verdunstet oder abtaut. Es sind keine besonders kalten Winter erforderlich, denn bei mildem Frost kann die Luft mehr Wasserdampf enthalten und daher stärkere Schneefälle als bei tieferen Temperaturen hervorbringen. Die Quantität des Schneeüberschusses ist weniger wichtig als die Qualität, sie entscheidet lediglich wie schnell sich der Gletscher entwickelt. Fallen auf den bereits vorhandenen Schnee weitere Niederschläge, werden die unteren Schneeschichten durch Metamorphose immer weiter zusammengedrückt.

Gletscher Entstehung

Entstehung von Eis

Die Metamorphose des Schnees zu Gletschereis vollzieht sich in mehreren Stadien. Beim frisch gefallenen Schnee schmelzen als erstes die Spitzen der sternförmigen Kristalle, wodurch der Schnee körnig wird. Hierbei wird die Schneemasse dichter und gleichzeitig fester. Der Druck des sich auflagernden Neuschnees trägt zur Verwandlung bei. Wenn dieser Vorgang mehrere Jahre angehalten hat, verfestigt sich dieser körnige Schnee zu Firn. Durch den Druck der darüber liegenden jüngeren Schneemassen kristallisieren sich die Firnkörner zu einem festen Gefüge von Gletschereis.  Ab einer bestimmten Mächtigkeit beginnt der Gletscher durch seine Schwerkraft zu fliessen.

Unterschiedliche Phasen der Vergletscherung

Immer wieder gab es Phasen im Laufe der Erdgeschichte, in denen das globale Klima für eine gewisse Dauer verhältnismässig kalt oder warm war. Die Eiszeiten sind im Vergleich zu den Warmzeiten kurz. Es gab, je nach Definition, etwa vier bis sieben Eiszeitalter, die das Bild der Erde prägten.

Eiszeitalter sind Zeitabschnitte der Erdgeschichte, in denen mindestens ein Pol der Erde vergletschert ist, oder wenn in der nördlichen und südlichen Hemisphäre ausgedehnte Vergletscherungen vorherrschen.

Nach der ersten Definition befindet sich die Erde seit etwa 30 Millionen Jahren im aktuellen Känozoischen Eiszeitalter, da seit dieser Zeit die Antarktis vergletschert ist. Nach der zweiten, engeren Definition begann die derzeitige, bis heute andauernde Eiszeit erst vor etwa 2’7 Millionen Jahren, als auch die Arktis vergletscherte. Sie entspräche damit annähernd dem geologischen Zeitabschnitt Quartär.

Eine gewaltige Eiszeit beherrschte die Erde vor rund 2’3 Milliarden Jahren im Paläoproterozoikum. Später, vor circa 250 Millionen Jahren im Paläozoikum, kam es wieder zu einer starken weltweiten Vergletscherung und die letzte Eiszeit des Känozoikums hält immer noch an.

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Klima im Lauf der Erdgeschichte; © Wikimedia

Eine Eiszeit wird zwar als Kaltzeit bezeichnet, unterliegt aber dennoch klimatischen Schwankungen: Man unterscheidet kalte Perioden, die sogenannten Glaziale und warme Perioden, die Interglaziale. Die genauen Ursachen von Eiszeiten ist noch nicht geklärt. Sicher erscheint jedoch, dass dabei die Position und Entfernung der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne eine grosse Rolle spielen und die Sonnenaktivität. Als irdische Ursachen werden das Öffnen oder Schliessen von Meeresstrassen, die Bildung von Hochgebirgen und Vulkantätigkeiten angenommen.

Astronaut photo of ash cloud from Mount Cleveland, Alaska, USA; © gemeinfrei

Astronautenfoto einer Aschewolke am Mount Cleveland, Alaska, USA; © NASA, gemeinfrei

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Dez01

Schneemetamorphose oder Schneeumwandlung bezeichnet die thermische und druckbedingte Umwandlung von Schnee. In diesem Prozess wandelt sich ein Kristall in einen neuen um.

Schneekristalle wachsen © Creative Commons, Thomas Fietzek   Schneeflocken fotografiert 1902 von Wilson Bentley © gemeinfrei   SEM-Aufnahme von Schneekristallen © Wikimedia

v.l.n.r.: Schneekristalle wachsen, © Creative Commons, Thomas Fietzek; Schneeflocken fotografiert vom Schneeforscher Wilson Bentley 1902, © gemeinfrei; Schneekristalle unter dem Elektronenmikroskop, © Wikimedia public domain

Frisch gefallener Schnee z.B. ist ein verzahntes Gerüst von Neuschneekristallen mit einem hohen Luftgehalt. Durch unterschiedliche Wasserdampfkonzentrationen in der Schneedecke wandeln sich die Schneekristalle langsam zu körnigem Altschnee mit Korndurchmessern von <0.5 mm um. Dieser Vorgang wird abbauend bezeichnet, denn dabei setzt und verfestigt sich die Schneedecke.

Die aufbauende Metamorphose führt zu einer Vergrösserung der Schneekristalle und es bilden sich eckig-kantige Strukturen, die in kristalline Hohlformen, sogenannte Becherkristalle, übergehen können. Schneeschichten, die Becherkristalle enthalten, sind schwach und wenig belastbar.

Bei der Nassschneemetamorphose, die bei einer Erwärmung auf 0°C anlaufen kann, bildet sich ein Schmelzwasserfilm an den Körnern. Dadurch sinkt die Festigkeit des Schnees.

Die herrschenden Witterungsbedingungen bestimmen also massgeblich die Umwandlungsprozesse; so vollzieht sich die Schneeumwandlung in temperierten Regionen mit hohem Schmelzwasseranfall sehr viel rascher als in kalten Gebieten.

Die Schneemetamorphose führt häufig zur Bildung von schwachen Schichten und ist somit auch ein Faktor für die Entstehung von Lawinen.

Im Kältelabor ist es dem SLF (Institut für Schnee- und Lawinenforschung) gelungen, die Umwandlung im Eisgerüst dreidimensional sichtbar zu machen.

Schneemetamorphose im Labor, © SLF© SLF

Schneedecken-Simulationen

Für die bevorstehende Skisaison hier noch einen kleinen Einblick in das Gebiet der Lawinenwarnung. Von den heute unzähligen Computer-Modellen, die die Schneedecke simulieren, beziehen nur wenige die Metamorphose ein. Eines davon ist das am SLF entwickelte Modell „Snowpack“. Snowpack unterstützt und verbessert die Lawinenwarnung, wird aber auch in der Schneehydrologie oder Pistenpräparation eingesetzt. Mittels Röntgentomographie gewonnene neue Erkenntnisse wird das Modell laufend verbessert.

Ich wünsche allen Skifahrerinnen und -fahrern einen guten Saisonstart!

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Die Lösung

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