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Glaziologie (Gletscherkunde)
Ist das Eiszeitalter wirklich zu Ende, oder leben wir nur in
einer Warmzeit? Ein erneutes Vorrücken des Eises ist ebenso möglich
wie der viel diskutierte weltweite Meeresspiegelanstieg durch Erwärmung und
Abschmelzen der polaren Eismassen.
1. Eiszeit oder Kaltzeit?
Der Begriff "Eiszeit", den J. L. Agassiz im Jahr 1840 in
die Wissenschaft eingeführt hatte, ist heute umstritten. Agassiz war von
einer starken Vergletscherung der Nordhalbkugel im Pleistozän ausgegangen,
einer Vorstellung, die - so selbstverständlich sie heute sein mag - bis
dahin nicht zur Diskussion stand. Definiert wird die ,,Eiszeit" als ,,Abschnitt
der Erdgeschichte, in dem infolge absinkender Temperaturen und Vermehrung der
Niederschläge größere Gebiete der Erdoberfläche von
vorrückenden Gletschern und Inlandeismassen bedeckt werden". Doch nicht das
Eis und seine Ausdehnung sind das Charakteristikum dieser Epoche der
Erdgeschichte, sondern das Klima schlechthin, das grundlegenden
Veränderungen unterlegen war. Die Absenkung der durchschnittlichen
Jahrestemperatur beschränkte sich nicht auf die Polarbereiche, sondern
wirkte sich auch in den anderen Regionen der Erde aus.
So kam es neben dem Vorstoß der Inlandeismassen und
Gletscher in den höheren Breiten und den Hochgebirgen auch in Richtung
Äquator zu einer vorübergehenden Ausbildung neuer Klimate und damit
verbunden auch zu einem vorübergehenden Abwandern von Flora und Fauna.
Nordafrika z. B. stand während der sog. ,,Eiszeiten" daher wiederholt unter
dem Einfluß anhaltender Regenphasen, den sog.
Pluvialzeiten.
Die Klimaveränderungen haben nicht nur das
ökologische Gefüge weiter Teile der Erde grundlegend verändert,
sondern zwangsläufig auch Veränderungen im klimamorphologischen
Prozeßgefüge nach sich gezogen. Das heutige Mitteleuropa z. B. war
während der letzten ,,Eiszeit", dem Weichsel- oder Würmglazial, nur
noch randlich vergletschert, dennoch zeigte die damalige Landschaft ein
völlig anderes Erscheinungsbild. Würde man eine derartige Landschaft
heute auf der Erde finden wollen, müßte man sie im Norden Kanadas
oder in Alaska suchen.
2. Kälteregionen von
Vergangenheit
und Gegenwart im Vergleich
Mit etwa 16 Mill. km2 sind heute 10,7 % der
Festlandsfläche mit Eis bedeckt. Knapp 86 % dieser Eisfläche macht der
Eisschild der Antarktis aus. Untersuchungen haben für diese
größte Eisregion der Erde eine Eismächtigkeit von maximal 4335 m
ergeben, für Grönland wird immerhin noch eine maximale
Eismächtigkeit von rd. 3400 m angenommen.
Die Eisbedeckung während des Pleistozäns war
weitaus größer als in der Gegenwart. Für die Riß- oder
Saalekaltzeit vor etwa 200.000 Jahren, nimmt man eine Eisfläche von etwa 49
Mill. km2 bei einer maximalen Mächtigkeit von 3.500 m an. Vor
20.000 Jahren, während des Würm- oder Weichselglazials, betrug die
Eisausdehnung rund 42 Mill. km2. Die weichselkaltzeitlichen
Inlandeismassen sollen eine maximale Mächtigkeit von bis zu 3.000 m gehabt
haben.
Neben den Festlandflächen sind auch die Meere sehr viel
stärker vereist gewesen als in der Gegenwart. In der Gegenwart nehmen die
vom Meereis bedeckten Flächen durchschnittlich 26 Mill. km2 ein,
darüber hinaus können Eisberge in Meeresräumen von ca. 65 Mill.
km2 auftreten. Damit wird ungefähr ein Viertel der
Weltmeerfläche vom Eis beeinflußt.
Vorstoß einer Gletscherzunge
Eine auf Lockersedimenten vorstoßende Gletscherzunge
schiebt das Material vor sich her und häuft es neben sich an. Gleichzeitig
trägt sie ihren Untergrund ab und ebnet ihn ein. Wir erleben hier also die
Bildung einer
Stauch-Endmoräne und eines Zungenbeckens mit zwei
Seitenmoränen, die beim Rückschmelzen des Gletschers bestehen bleiben.
Weiters ist zu erwähnen, daß der Untergrund außerhalb des
Eisrandes gefroren war, unter dem Gletscher wegen der enormen Auflast jedoch
nicht. Auch gefrorener Untergrund kann aufgeschoben werden, zerbricht dabei aber
in größere Schollen.
Oszillation der Gletscherzunge
Diese Bewegungen entsprechen dem Oszillieren einer
Gletscherzunge, d.h. dem periodischen Wechsel von Rückschmelzen und
Vorstoßen. So kann eine ganze Serie von Stauch-Endmoränenbögen
entstehen, ohne daß sich die Seitenmoränen nennenswert
verändern. Das Gletscherzungenbecken wird hierbei noch
ausgeprägter.
Die Endmoränenbögen sind dem Alter nach geordnet:
Der älteste liegt links, also ,,außen", der jüngste rechts, also
,,innen". Der äußere kann nicht jünger sein, da bei diesem
Vorstoß die inneren Moränen zerstört worden wären.
Es wird deutlich, daß für die Landschaftsformung
nicht so sehr der große Eisvorstoß entscheidend ist, sondern
vielmehr der - von vielen Vorstößen unterbrochene - Abbau des Eises,
denn nur außer Reichweite des Gletschers gelangte Formen bleiben erhalten.
Daraus folgt, daß die Geschichte des Eisabbaus auch die Geschichte der
Entstehung der Landschaftsgestalt ist.
Entstehung der kuppigen
Grundmoräne
In der Nähe eines stationären Eisrandes wird das
Eis in der Abtauphase zunehmend von Spalten und Rissen durchzogen, in die durch
die starke Auflast der Eismasse der nicht gefrorene und somit plastische
Untergrund hineingepreßt wird. Nach dem vollständigen Abschmelzen des
Eises bleibt ein unregelmäßiges Relief mit vielen Kuppen und
abflußlosen Senken zurück.
Bildung von Todeisblöcken
Auch bleiben Eisblöcke, die im Zuge des
Abschmelzvorganges die Verbindung zu aktiven Eis verloren haben und
dementsprechend als Toteis bezeichnet werden, zurück.
Üeberdeckung des Todeises
Todeisblöcke werden häufig bei neuerlichen
Eisvorstößen von Moränenmaterial überdeckt. Da der
Abschmelzvorgang wesentlich von der Sonneneinstrahlung abhängt, ist das
Toteis nun vor weiterem Abtauen geschützt. Unabhängig von dem in der
Tiefe vorhandenen Eis entwickelt sich an der Erdoberfläche das
Relief.
Tieftauen
Diese Phase entspricht dem nach Ende der Eiszeit
einsetzenden Tieftauen. Mit fortschreitender Klimaverbesserung erwärmt sich
auch der Erdboden, so daß die eingeschlossenen und bislang konservierten
Toteisblöcke austauen. Über den so entstandenen Hohlräumen sackt
das aufliegende Material nach, und es entstehen
Toteislöcher.
Nacheiszeitlicher Grundwasseranstieg
Die Umrisse von Toteislöchern wurden nach der Kaltzeit
durch abtragende Kräfte ausgeglichen. Mit dem Abschmelzen der Eismassen
ging ein Meeresspiegelanstieg einher, der seinerseits auch das Grundwasser
steigen ließ. Viele Toteislöcher füllten sich mit Wasser und
begannen anschließend zu verlanden. So entstand ein großer Teil der
Seen, Tümpel und Moore in den ehemals vereisten Gebieten.
GLETSCHERKUNDE
1. Gletschereis wird
gebildet
Gletschereis bildet sich aus Schnee
Das Verhältnis Eis : Schnee beträgt 1: 80, d.h.
zur Bildung von nur 1 cm Gletschereis sind 80 cm Schnee erforderlich, oder:
für die Bildung der etwa 3 km mächtigen Eisdecke in
Zentralgrönland waren 240km Neuschnee erforderlich!
Schnee verwandelt sich in
Gletschereis
Die Bildung des Eises vollzieht sich am schnellsten
während der Sommermonate, denn dann taut der Schnee an und gefriert (meist
über Nacht) wieder. Bei diesem Vorgang (Regelation) verwandeln sich die
feinstrahligen Schneekristalle in den körnigen Firn. Erneute
Niederschläge üben einen Druck aus, der Firn wird
zusammengepreßt. Durch eindringendes Schmelzwasser werden die
Firnkörner noch vergrößert. Damit wird auch der Luftanteil
geringer. Schließlich wird daraus Gletschereis. Während Neuschnee
noch 90 % Luft enthält, liegt der Luftanteil bei bläulichem
Gletschereis nur noch bei 2 %, dessen Dichte daher auch deutlich
größer ist (Schnee:0,lg/cm3, Gletschereis:
0,9g/cm3).
2. Inlandeis - Eisschild
-
Plateaugletscher -
Talgletscher
- Eisstromnetze
Nicht jeder Gletscher sieht gleich aus. Auf der Antarktis
oder Grönland, das sind die Regionen mit der größten
Eisausdehnung auf der Erde, liegt Inlandeis, man spricht vom Grönlandtypus.
Betrachten wir uns den Vatnajökull auf Island, sehen wir einen Eisschild
vor uns. Eisschilde sind mächtige, inlandeisähnliche Deckgletscher,
die aber weitaus kleiner sind als die lnlandvereisungen. Der Jostedalsbre in
Norwegen ist ein Gletscher des skandinavischen Typus, ein Plateaugletscher. In
den Hochgebirgen der Erde, die alle Gletscher aufweisen, ist der Talgletscher
der vorherrschende Typ (alpiner Typus). Verbinden sich Talgletscher miteinander,
sprechen wir von Eisstromnetzen.
3. Aufbau und
Gliederung
eines Gletschers
Im oberen Bereich eines Talgletschers ist das
Nährgebiet. Dort ist die Menge des Niederschlags, die in Eis umgewandelt
wird, größer als die Menge des abtauenden Eises. Im Zehrgebiet ist
die Eisbilanz dagegen negativ. Die Firnlinie oder Schneegrenze trennt das
Nährgebiet vom Zehrgebiet. Das Gletschereis ist erkennbar geschichtet, man
erkennt daran - ähnlich wie bei den Jahresringen der Bäume - die
innerhalb eines Jahres gefallenen Niederschläge, die durch die Regelation
in Eis umgewandelt worden sind. Durch die Bewegung des Gletschers verändert
sich der Schichtverlauf. Im oberen Bereich (Nährgebiet) verlaufen die
Schichten nahezu horizontal, im Bereich der Firnlinie verlaufen sie steiler
(dies aufgrund der Bewegung des Eises), im Zehrgebiet verlaufen sie wieder fast
horizontal. An seiner Oberfläche und seinen Rändern bilden sich
Spalten aus.
4. Der Gletscher bewegt
sich
Warum bewegt sich ein Gletscher?
Gletschereis fließt, es ist plastisch. Man geht davon
aus, daß die Eiskörnchen aus einzelnen Blättchen schichtig
aufgebaut sind und daß sich diese Blättchen unter dem Druck
verschieben. Durch die Regelation, also den Wechsel zwischen flüssigem und
festem Aggregatzustand, verändert sich das Volumen der Eiskörnchen
(sie werden größer), und das Eis setzt sich, der Schwerkraft folgend,
in Bewegung.
Gletschereis fließt
aufwärts!
Abbildung 1 macht es im Ansatz auch deutlich: Gletschereis
fließt auch aufwärts, und zwar dann, wenn die Schubkraft des Eises im
Nährgebiet groß genug ist, um die Gletscherzunge auch bergan zu
schieben (Firnfelddruck). Der Sognefjord in Norwegen z.B. ist während der
Kaltzeiten vom Eis ausgeschürft worden. An seiner tiefsten Stelle lag das
Eis 1308 m unter dem heutigen Meeresspiegel. Dort, wo das Eis damals in den
Bereich der heutigen Nordsee floß, ist heute nur eine Meerestiefe von 175
m. Ein gewaltiger Höhenunterschied, den das Eis überwunden
hat!
Die Fließgeschwindigkeit ist von verschiedenen
Faktoren abhängig:
- vom Gefälle der Gletschersohle,
- vom Firnfelddruck,
- von der Beschaffenheit des
Untergrundes,
- vom Querschnitt des fließenden
Eises (verengt sich der Querschnitt, fließt das Eis
schneller).
Die Fließgeschwindigkeit
innerhalb des Gletschers ist nicht überall gleich. Sie nimmt oberhalb der
Firnlinie zu, unterhalb ab, sie ist in der Mitte des Gletschers
größer als am Rand, und sie ist im oberen Gletscherabschnitt an
seiner Basis größer als im unteren Abschnitt, dort ist sie an der
Oberfläche größer. Die Fließbewegung ist im Sommer
intensiver. Manche Alpengletscher fließen bis zu 200 m im Jahr, und einige
grönländische Gletscher
bis zu 7 km im Jahr. Doch das heißt nicht, daß
sich der Eisrand um so viel, verlagert, denn im Zehrgebiet ist die Eisbilanz ja
negativ.
Die Art der Eisbewegung hängt mit der unterschiedlichen
Fließgeschwindigeit, aber auch mit der Temperatur des Eises zusammen. Das
Eis der temperierten Gletscher liegt gerade unter dem Gefrierpunkt. Langsam
fließende temperierte Gletscher haben eine strömende Bewegung, sie
fließen wie eine zähe Masse. Die schnell temperierten und kalten
Gletscher bewegen sich wie elastische Blöcke. Man spricht von der
Blockschollen- oder Blockbewegung.
Gletscher ziehen sich nicht
zurück
Vielfach verwendet man die Formulierung ,Der Gletscher zieht
sich zurück". Das ist nicht ganz richtig, denn er fließt nicht
rückwärts. Vielmehr ist die Eisbilanz insgesamt negativ, so daß
er stärker abtaut. Das Eis fließt nach wie vor, doch er schmilzt sehr
stark. Der Eisrand verlagert sich infolgedessen
rückwärts.
Gletscher verändern ihr
Aussehen
Querspalten bilden sich besonders über
Geländestufen, Längsspalten treten dann auf, wenn die Gletscherzunge
sich verbreitert. Bedingt durch die schnellere Bewegung des Eises in der
Gletschermitte bilden sich (bei den temperierten, langsam fließenden
Gletschern) die Randspalten. Bei der Blockbewegung dagegen ist die
Eisgeschwindigkeit fast im gesamten Querschnitt gleich, der etwas langsamer
fließende Gletscherrand gliedert sich in eine Vielzahl einzelner
Blöcke, Seracs genannt, die auch dann entstehen, wenn ein Gletscher
über eine steile Geländestufe talabwärts
fließt.
5. Gletscher rücken vor
und
werden kürzer -
warum?
Ist die Eisbilanz eines Gletschers insgesamt positiv,
rückt er vor, ist sie negativ, weicht der Gletscher zurück. Zwei
Faktoren bestimmen diesen
Wechsel:
a) die Niederschlagsmenge im Nährgebiet: Sind die
Niederschläge dort geringer, kann sich nicht genügend Eis bilden, der
Firnfelddruck wird geringer, die Eisbilanz ist negativ. Der Gletscher verliert
an Masse, seine Gletscherzunge wird kürzer.
b) die Temperaturen: sinken die Temperaturen, schmilzt
weniger Eis während der wärmeren Monate, die Eisbilanz dürfte
selbst bei etwas geringeren Niederschlägen positiv bleiben; der Gletscher
rückt vor. Steigen dieTemperaturen jedoch wird die Eisbilanz negativ. Der
Eisrand verlagert sich rückwärts.
6. Gletscher werden
immer wieder
anders bezeichnet
Zum Schluß noch einige regionale Bezeichnungen
für Gletscher, hier die bekanntesten:
Tirol: Ferner; Salzburg, Kärnten: Kees; Im englischen
Sprachraum: glacier;
Norwegen: bre(e); Island: Jökull; Grönland:
Sermek.
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