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Als Kryosphäre wird das gesamte Wasser der Erde bezeichnet, welches in der gefrorenen Form von Eis oder Schnee vorkommt. In der Schweiz sind das insbesondere alpine Elemente wie Schnee, Gletscher, Permafrost, See- und Flusseis. Seit Ende des 19. Jahrhunderts werden kontinuierlich Messungen der Schnee- und Gletschersachlage durchgeführt, um Aussagen über die Auswirkungen der Klimaänderungen im Alpenraum zu machen. Seit dem Jahr 2000 dokumentiert das Schweizer Permafrostmessnetz PERMOS ausserdem den Zustand und die Veränderungen des Permafrostes in den Schweizer Alpen.
PERMOS
PERMOS (Swiss Permafrost Monitoring Network) ist ein Projekt, welches Messungen an den Permafrostböden der Schweiz durchführt. Der Fokus wird dabei auf die Temperaturen nahe der Oberfläche, die Änderungen im Eisgehalt des Untergrundes sowie die Fliessgeschwindigkeit von sogenannten Blockgletschern gelegt. Das Projekt besteht aus Mitgliedern von sechs Forschungsinstitutionen: den Universitäten Lausanne, Fribourg und Zürich, der ETH Zürich, der Fachhochschule der italienischen Schweiz (SUPSI) sowie des WSL-Instituts für Schnee- und Lawinenforschung (SLF).
Finanziert wird PERMOS vom Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie und dem Bundesamt für Umwelt.
Als Permafrost wird Untergrundmaterial wie Fels, Schutt oder Geröll bezeichnet, welches ganzjährig Temperaturen von unter null Grad verzeichnet. Der Boden muss dabei nicht zwingend Eis enthalten. Nur die oberste Schicht dieser Böden erwärmt sich im Sommer über den Gefrierpunkt und wird daher auch Auftauschicht genannt.
Modellberechnungen zufolge umfasst die Ausdehnung des Permafrostes gut 5% der Schweizer Landesfläche. Er kommt typischerweise in Schutthalden und Felswänden oberhalb der Waldgrenze, in einer Höhe von 2500 Metern über Meer vor. Entscheidend für das Vorkommen von Permafrost ist nicht die Temperatur der Luft, sondern diejenige der Bodenoberfläche. Diese wird stark von der Sonneneinstrahlung sowie der Dauer und der Mächtigkeit der Schneebedeckung beeinflusst.
Obwohl Permafrost eine Mächtigkeit von mehreren hundert Metern erreichen kann, ist er aufgrund der Auftauschicht nicht direkt sichtbar. Geländeformen wie beispielsweise Blockgletscher –eishaltige Schuttmassen in Hochgebirgen, welche sich langsam talabwärts bewegen - können auf Permafrost im Untergrund hinweisen.
Wenn der Untergrund davonschmilzt
Die globale Erwärmung führt weltweit zum Auftauen der Permafrostböden. Rund 23 Millionen Quadratkilometer auf der Nordhalbkugel sind davon betroffen – auch die Schweizer Alpen. Im hydrologischen Jahr 2019/2020 wurde eine massiv verstärkte Erwärmung der Permafrostböden im Vergleich zu den beiden vorderen Jahrzehnten festgestellt. Gründe sind die bis zu einem Grad Celsius höheren Lufttemperaturen im Winter sowie der warme Frühling und die beiden Hitzewellen im Sommer. Auch der frühe Schneefall im November, welcher die Böden vor der winterlichen Kälte isolierte, leistete seinen Beitrag. Die darauffolgende frühe Schneeschmelze führte ausserdem zu einem Rekordwert in der Mächtigkeit der Auftauschicht: am bernischen Schilthorn (2900 m.ü.M) beispielsweise hat sich die Auftauschicht seit 1998 auf mehr als 11 Meter verdoppelt. Auch in der Tiefe führten die warmen Oberflächen- und Luftbedingungen sowie das sickernde Schmelzwasser zu einem Anstieg der Permafrosttemperaturen. Zum Beispiel auf dem Stockhorn-Plateau oberhalb von Zermatt nahm die in 20 Metern Tiefe gemessene Temperatur in den letzten zwei Jahrzehnten um etwa 0.8 Grad Celsius zu.
Zudem verschnellerte sich die Talbewegung der Blockgletscher 2020 im Vergleich zum Vorjahr um rund 21% und liegt nun bei mehreren Metern pro Jahr.
Naturgefahren, Treibhausgase und Krankheiten
Das Tauen des Permafrostes führt zu einer Destabilisierung unserer Böden. Da Permafrost in lockerem Untergrund wie Kleber funktioniert, kann es beim Schmelzen zu heftigen Bodenbewegungen wie Steinschlag, Felsstürzen, Hangrutschungen oder Murgängen kommen. Dies gefährdet Siedlungen und Verkehrswege im Alpenraum sowie die Stabilität von Bauwerken wie Seilbahnstationen.
Nebst den Naturgefahren kann das Aufschmelzen von Permafrost auch zur gesundheitlichen Gefahr werden, da im Eis eingeschlossene Mikroorganismen - welche für den Menschen potenziell schädlich sein können - in die Luft entweichen. 2007 wurde eine erste solche Erfahrung gemacht, als eine Gruppe von Wissenschaftlern ein Virus der Spanischen Grippe aus den Jahren 1918/1919 in einem Massengrab in Alaska fanden. Knapp zehn Jahre später starb in Sibirien ein Junge an Milzbrand, der vermutlich von Bakterien aus einem Kadaver eines vor 75 Jahren verstorbenen Rentiers stammte. Auch in den Alpen konnten bereits um die Tausend Viren und Bakterien ausgemacht werden, von denen rund zwei Drittel unbekannt sind.
Nebst den entweichenden Mikroorganismen wird auch der organische Kohlenstoff, der sich über Jahrtausende in den gefrorenen Böden angesammelt hat, in Form von CO2 und Methan freigesetzt. Dies wiederum beschleunigt die globale Erwärmung. Es wird geschätzt, dass rund 1600 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in den gefrorenen Böden enthalten sind –etwa doppelt so viel wie in der Atmosphäre.
Nach aktuellem Wissensstand reagiert Permafrost stark verzögert auf Klimaveränderungen. Das Abschmelzen - besonders in grösseren Tiefen – kann daher Jahrzehnte bis Jahrhunderte dauern, auch wenn die Temperaturen der Luft und der Oberfläche schneller steigen. Mit Blick auf die bereits jetzt eingetroffenen Veränderungen und die unbekannten Gefahren, die aus der Erwärmung von Permafrost resultieren, ist trotzdem rasches Handeln gefragt.
Quellen und weitere Informationen:
Bafu: Hinweiskarte der Permafrostverbreitung in der Schweiz
PERMOS: Swiss Permafrost Monitoring Network
SLF: Permafrost
Swissinfo: Wird eine neue Pandemie aus dem Eis auftauchen?