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Ziel: Quantitative Erfassung der Permafrost-Entwicklung im hochalpinen Bereich der Schweizer Alpen mit Hilfe geophysikalischer Monitoring-Systeme

Projektleitung: Dr. Christian Hauck (Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Universität Karlsruhe/
Forschungszentrum Karlsruhe)

Diplomand: Mathias Bach (Geophysikalisches Institut, Universität Karlsruhe)

Doktorandin: Dipl.-Geogr. Christin Hilbich (Institut für Geographie, Universität Jena)

Projektpartner: Prof. Dr. Roland Mäusbacher (Institut für Geographie, Universität Jena)
Permafrost Monitoring Switzerland PERMOS (Dr. D. Vonder Mühll, Universität Basel)
Geographisches Institut, Universität Zürich (Prof. W. Haeberli, Dr. M. Hoelzle)
Geographisches Institut, Universität Fribourg (Dr. R. Delaloye)

Vor dem Hintergrund einer Klimaänderung werden immer häufiger die möglichen Auswirkungen im Bereich des Hochgebirgspermafrost diskutiert. Insbesondere nach den Ereignissen des Hitzsommers 2003 wird davon ausgegangen, dass auftauender Permafrost in steilen Hängen und Felswänden zu verstärkter Aktivität von Felsstürzen und Murgängen führt. Bisherige Monitoring-Ansätze beruhen fast ausschließlich auf der Erfassung der Temperaturänderungen im Permafrost. Für die Stabilität der Hänge sowie für Energiebilanzrechnungen zur Modellierung der Permafrostverbreitung und –entwicklung spielt jedoch neben der Temperatur auch der Eisgehalt im Untergrund eine wesentliche Rolle.

Im Rahmen des GO 4 ICE Projektes wurde in Kooperation mit PERMOS von 2005 bis 2006 ein geophysikalisches Monitoring-Netzwerk an bisher 5 verschiedenen Permafrost-Standorten der Schweizer Alpen eingerichtet.

Abb. 1: Das geophysikalische Monitoring-Netzwerk an bisher 5 Standorten der Schweizer Alpen: die Blockgletscher Murtél und Muragl im Oberengadin, die Schutthalde Lapires und das Felsplateau Stockhorn im Wallis, und 2 Monitoring-Profile im Nordhang bzw. über den Grat des Schilthorns im Berner Oberland.

Ziel ist die langfristige Beobachtung der Permafrost-Entwicklung und insbesondere die quantitative Erfassung von Degradationserscheinungen im Gebirgspermafrost. Das Monitoring Netzwerk ermöglicht die Beobachtung der Permafrostentwicklung in a) verschiedenen geographischen bzw. klimatischen Regionen der Schweiz (Wallis, Engadin, Berner Oberland), b) an geomorphologisch verschiedenen Standorten (steile N- und S-exponierte Felsstandorte, Gipfelgrat, Felsplateau, Schutthalde, Blockgletscher) und c) an eisarmen und -reichen Standorten.

Aufbauend auf den Ergebnissen einer 7-jährigen Pilot-Studie am Schilthorn (Berner Oberland, Schweiz) soll mit Hilfe eines halbautomatischen geoelektrischen Monitoring-Systems (Hauck 2002) der Eisgehalt an den verschiedenen Standorten langfristig beobachtet und quantifiziert werden. In Kombination mit seismischen Messungen und einem neu entwickelten Modell zur Quantifizierung der 4 Phasen im Untergrund (Eis, Wasser, Luft, Fels/Lockermaterial) kann dies nicht-invasiv, d.h. ohne den Untergrund zu beeinträchtigen und ohne zusätzliche Informationen aus Bohrlöchern erreicht werden (Hauck et al. 2005). Zur Validierung des Modells und der gewonnenen Daten stehen jedoch an allen Messstellen Bohrlöcher mit Temperaturfühlern bis mindestens 20m zu Verfügung.

Abb. 2: Prinzip des geoelektrischen Monitorings: Die Elektroden sind fix im Untergrund installiert, dauerhaft verkabelt und mit einem Schaltkästchen (unten rechts) verbunden, so dass eine Geoelektrische Messung durch Anschluss eines Messgerätes und Stecken der jeweiligen Elektrodenkonfiguration am Schaltkästchen erfolgt. Der Vorteil besteht in einheitlichen Rahmenbedingungen durch die unveränderte Installation und die Möglichkeit, das ganze Jahr – auch unter Schneebedeckung – messen zu können.

Darüber hinaus soll die Entwicklung neuer Messkonfigurationen bzw. –geometrien eine Bestimmung der Permafrost-Verteilung in topographisch anspruchsvollem Gelände (speziell in steilen Bergflanken und Gipfelgratlagen) ermöglichen, um der starken Heterogenität von Gebirgspermafrost gerecht zu werden.

Die Ergebnisse der Pilotstudie am Schilthorn belegen schon jetzt einen substantiellen Schwund des Bodeneises infolge des außergewöhnlich heißen Sommers 2003, der in den darauffolgenden Jahren noch nicht wieder vollständig kompensiert werden konnte. Erste Ergebnisse der neu eingerichteten Monitoring-Standorte zeigen zudem im Vergleich mit älteren Messungen eine erhebliche Zunahme der Auftautiefe, die z.T. mehrere Meter beträgt.

Publikationen (in prep):

Hilbich, C., C. Hauck, M. Scherler, L. Schudel, I. Völksch, M. Hoelzle & D. Vonder Mühll (in prep.): Long-term Electrical Resistivity Tomography Monitoring of Permafrost Evolution in the Swiss Alps: an example from Schilthorn (Bernese Alps).-