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Wie viel und wie lange Schnee liegen bleibt, beeinflusst die Felstemperatur und somit auch das Vorkommen von Permafrost. Bis heute ging man davon aus, dass in steilen Felswänden der Schnee abrutscht, so dass er dort kaum liegen bleibt. SLF-Forschende untersuchen nun erstmals in verschiedenen Permafrost-Felswänden, ob und wie sich die Schneeverteilung und Eigenschaften der Schneedecke auf die Felstemperaturen und damit letztlich auf das Vorkommen von Permafrost auswirken. Parallel dazu erforschen Projektpartner der Universität Bonn und der TU München die mechanischen Einflüsse von Schnee und Schmelzwasser auf die Felsstabilität.
Wo wird geforscht?
Die Untersuchungen finden in steilen, nord- und südexponierten Felswänden in den Schweizer Alpen statt; am Gemsstock (Zentralalpen), Steintälli (Walliser Alpen) und Jungfraujoch (Berner Alpen). Das Jungfraujoch liegt mitten im Permafrost. Gemsstock und Steintälli hingegen befinden sich am unteren Rand des Permafrosts, wo Temperaturänderungen die Verteilung von Permafrost und die Felsstabilität rasch beeinflussen können.
Details zum Projekt
Projektdauer
2014 - 2017
Projektleitung
Die Forschenden messen die Schneeverteilung und -höhe mit einem terrestrischen Laserscanner zu verschiedenen Zeiten im Winter. Wo möglich, ermitteln auch automatische Wetterstationen die Schneehöhe. Ausserdem liefern automatische Kameras während des ganzen Jahres Hinweise zu Wetterbedingungen, Schneeverteilung, Schneeschmelze und Lawinen.
Erste Beobachtungen zeigen, dass die Mikrostruktur der Felsen die Schneeverteilung stark beeinflusst, und dass Schnee sich sogar in 70 - 80° steilen Hängen anhäufen kann, vor allem in treppenartigem Gelände. Wie erwartet, sind senkrechte oder überhängende Felsen generell schneefrei, aber sie können während Stürmen von Schnee oder Raureif bedeckt sein. Dies führt an der Felsoberfläche zu kurzfristigen Temperaturänderungen. Erstaunlicherweise schmilzt der Schnee an treppenartigen Nordhängen schneller als an gleichmässig steilen Südhängen.
Als Erste überhaupt gruben die Forschenden in steilen Felswänden Schneeprofile. Diese zeigen, dass sich die Schnee-Eigenschaften an Nord- und Südhängen stark unterscheiden: An südexponierten Felswänden dominieren Schmelzformen und -krusten, während an nordexponierten Hängen eher schwach verbundene Schneearten vorherrschen. Bei allen Expositionen spielen der Wind und die Lawinenaktivität eine wichtige Rolle für die Schneeverteilung. Unter der Schneedecke liegt oft eine dicke Eisschicht. Diese entsteht, wenn Schmelzwasser, das die Felswände hinunterrinnt, unter dem Schnee wieder gefriert. In Felsspalten beobachteten die Wissenschaftler z. T. auch Höhlenreif. Dies weist darauf hin, dass Wasserdampf durch die Spalten hindurchströmt.
Temperaturschwankungen im Felsinnern erst nach einem halben Jahr messbar
Oberflächennahe Felstemperaturen, in 10 cm Tiefe gemessen, liefern Informationen über die Dauer der Schneebedeckung, Schmelz- und Gefrierprozesse, die Einflüsse des Schmelzwassers und der Mikrotopographie. Die Messungen zeigen, dass während der schneefreien Zeit täglich grosse Temperaturschwankungen stattfinden. Am Gemsstock messen die Forschenden zudem die Temperaturen in einem 40 m langen Bohrloch, das quer durch die Felswand verläuft. Diese weisen darauf hin, dass sich Temperaturschwankungen an der Oberfläche im Innern des Felsen erst sechs Monate später bemerkbar machen. Niederschlag und Schmelzwasser hingegen dringen in die Felsspalten und können die Felstemperaturen in der Tiefe innerhalb von Stunden beeinflussen.
Modell statt Messdaten
Um zukünftige Temperaturtrends und Schneedeckenszenarien zu modellieren, berechnen die Forschenden den Energieaustausch zwischen Schnee, Atmosphäre und Felsen - und somit auch Änderungen der Felstemperatur - mit dem 1D Modell SNOWPACK. Damit lässt sich ausserdem ein effizientes System entwickeln, das die Schneedecke und ihren Einfluss auf die Felstemperaturen simuliert, auch wenn keine Messdaten vorhanden sind.