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Seit 1996 haben wir an über zwanzig Standorten in den Schweizer Alpen Bohrlöcher im Permafrost mit Messinstrumenten ausgerüstet. Das Permafrost-Messnetz liefert wichtige Informationen über den Zustand der Permafrostböden und hilft, die komplexen Vorgänge zwischen Oberfläche und Untergrund besser zu verstehen.
Die Bohrlöcher befinden sich mehrheitlich in eishaltigen Schutthalden, Felswänden und Blockgletschern sowie in der unmittelbaren Nähe von Bauten im Hochgebirge. Wir messen sowohl in den Bohrlöchern als auch an der Bodenoberfläche die Temperaturen. Oft erfassen wir in der Nähe mit einer automatischen Wetterstation Daten zu Schneehöhe, Lufttemperatur und Strahlung. Das SLF-Messnetz erstreckt sich über grosse Teile der Schweizer Alpen und ist teils in das Schweizer Permafrost-Messnetzes PERMOS eingegliedert.
Die Messungen dienen dazu, die Einflüsse des Klimas auf ständig gefrorene Böden zu untersuchen und Ereignisse wie Naturgefahren oder Schäden an Bauten besser vorauszusagen. Wir untersuchen die Mächtigkeit der Auftauschicht, den thermischen Zustand des Permafrosts und die Intensität von Hangbewegungen. Neben langfristigen Änderungen registrieren und analysieren wir auch Einflüsse von Extremereignissen wie den des Hitzesommers 2015. Wir benötigen diese Daten, um zukünftige Temperaturentwicklungen im Boden mit numerischen Modellen zu simulieren. Für die Analysen brauchen wir lange, möglichst lückenlose und qualitativ einwandfreie Datenreihen. Dies ist eine grosse Herausforderung für die Entwickler der Messinstrumente, da diese im Hochgebirge grossen Belastungen wie Kälte, Schneedruck, Lawinen, Blitz oder Steinschlag ausgesetzt sind.
Reaktionszeit im Boden
Wir vergleichen die Permafrosttemperaturen der verschiedenen Standorte in einer Tiefe von mindestens 10 m, um oberflächennahe Einflüsse wie z.B. tägliche Temperaturschwankungen auszuschliessen. In dieser Tiefe beträgt die Reaktionszeit der saisonalen Einflüsse an der Bodenoberfläche etwa sechs Monate. Das heisst, dass das Signal des Sommers erst im Laufe des nächsten Winters in 10 m Tiefe registriert wird. Die gemessenen Temperaturen in 10 m Tiefe befinden sich je nach Höhenlage und lokalen Verhältnissen stets zwischen ca. -3°C und 0°C. Neben Lufttemperatur und Strahlung beeinflusst vor allem die Schneeverteilung die Temperatur an der Bodenoberfläche: Schneereiche Winter führen zu höheren Bodentemperaturen, schneearme Winter lassen den Boden abkühlen.
Einfluss des Klimas auf den Permafrost
Es ist schwierig, eine Verallgemeinerung zum Zustand des Permafrosts in den Alpen zu erstellen, da sich die Bodentemperaturen und Eisgehalte je nach Standort und lokalen Verhältnissen sehr unterschiedlich entwickeln können. Bestätigt ist jedoch, dass sich der Permafrost tendenziell erwärmt und dass diese Erwärmung an einigen Orten zu Eisverlusten, Hangbewegungen und Instabilitäten von Bauten im Hochgebirge führt. Besonders betroffen davon sind Felswände, da diese aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit schneller und direkter auf Klimaänderungen reagieren als z.B. Schutthalden. Extreme Hitzesommer können diese Entwicklung deutlich beschleunigen.