Thema des Tages
Gletscher ist nicht gleich Gletscher
Gletscher sind aktive, dynamische Komponenten unseres Klimasystems
und existieren in allen geografischen Zonen der Erde. Dabei werden
die Gletscher in drei Regime unterteilt: Temperiert, kalt und
polythermal. Im heutigen Thema des Tages gehen wir den Begriffen auf
den Grund und klären, in welchen Regionen die jeweiligen Regime
anzutreffen sind.
Gletscher sind nicht nur wichtig für das Klima, sondern prägen durch
Rückzüge und Vorstöße die Landschaften. Etwa 10 % der heutigen
Festlandsfläche wird von Gletschern oder Inlandseismassen bedeckt.
Gletscher lassen sich am besten als aus Schnee hervorgegangene
Eismassen beschreiben, die sich talwärts bewegen, bis diese durch
Schmelzen, Zerbrechen und Verdunsten (im Zehr- oder auch
Ablationsgebiet) wieder abgebaut werden. Sowohl an und in der Nähe
der Pole sowie in den Hochgebirgen jenseits der Schneegrenze findet
man Gletscher. Sie benötigen zur Entstehung ausreichend Schneefall
und niedrige Temperaturen über einen langen Zeitraum. Im Laufe der
Zeit (mehrere Jahre bis Jahrzehnte) kommt es zur genügend großen
Ansammlung von Schneemassen, die als Akkumulation bezeichnet wird.
Frisch gefallener Neuschnee besteht zunächst aus Schneekristallen und
mit Luft gefüllten Hohlräumen. Die Dichte liegt bei etwa 60 g/m3 und
der Luftgehalt bei ca. 90 %. Durch die Auflast von neuen
Schneeschichten werden die tieferen Schichten zusammengepresst und
der Druck steigt. Auch Schmelz- und Gefrierprozesse verdichten die
Schneedeckte weiter und es entsteht zunächst Firn mit einem
Luftgehalt von ca. 60 % und später Firneis (Luftgehalt ca. 30 %).
Nach weiterer anhaltender Kompression entsteht schließlich
Gletschereis mit einer Dichte von etwa 900 kg/m3. Der Luftanteil kann
dabei bis auf etwa 2 % zurückgehen. Dieses Gletschereis weist häufig
eine bläuliche Farbe auf. Ab einer Mächtigkeit von etwa 30 m fangen
Gletscher unter dem Einfluss der Schwerkraft an, sich zu bewegen.
Dabei schieben die höher gelegenen Teile des Gletschers tiefer
gelegene Abschnitte an. Der dabei entstehende Druck wird durch eine
Fließbewegung des Eises abgebaut. Der Gletscher beginnt zu "fließen".
Da die Prozesse der Akkumulation, Ablation und Metamorphose von
Schnee in Eis je nach Temperatur und Vorhandensein oder
Nichtvorhandensein von flüssigem Wasser so unterschiedlich ablaufen,
ist es üblich, Gletscher nach ihrem thermischen Zustand zu
klassifizieren. Hierbei ist der Hauptunterschied der
Druckschmelzpunkt oder auch die Druckschmelztemperatur. Darunter
versteht man den Effekt, dass sich der Schmelzpunkt bzw.
Schmelztemperatur von Eis an dessen Basis sich durch den Auflagedruck
überlagerter Massen erniedrigt. Pro 100 m Eisdicke sinkt der
Schmelzpunkt um etwa 0,06 Grad. Die Temperaturen des Eises oder des
Wassers werden aber auch noch durch weitere Prozesse gesteuert. Zum
einen kommt es an der Oberfläche des Gletschers durch Strahlung und
Luftmassenaustausch zu Energiezufuhr und -abgabe. Zum andern kann
Sicker- oder Regenwasser durch Spalten zum Grund gelangen.
Temperierte oder warme Gletscher sind vor allem von den mittleren
(z.B. Alpen) über die subtropischen (z.B. Himalaya) bis sogar in die
tropischen Breiten (z.B. Kilimandscharo) verteilt. Bei diesen
Gletschern befindet sich die Temperatur des Eises meist um den
Gefrierpunkt und somit in der Nähe des Druckschmelzpunktes. Sie
produzieren ganzjährig Schmelzwasserabflüsse, was zusammen mit dem
niedrigen Druckschmelzpunkt zur Entstehung eines Wasserfilms an der
Gletschersohle führt. Dieser Wasserfilm fungiert sozusagen als
"Schmiermittel", denn er setzt die Reibung an der Kontaktfläche herab
und begünstig die Fließbewegung des Eises. Man spricht dann vom
"basalen Gleiten". Bei Unebenheiten an der Gletschersohle kann es
allerdings zu kleinräumigen Temperaturschwankungen um den
Druckschmelzpunkt kommen. Eine Folge davon wäre die Regelation, also
dem Schmelzen und Wiedergefrieren des Eises. Insgesamt reagieren
temperierte Gletscher empfindlicher als kalte Gletscher auf Masse-
bzw. Druckverlagerungen sowie auf Temperatur- bzw.
Klimaveränderungen.
Das Gegenstück sind die kalten Gletscher, die hauptsächlich in
polaren Gebieten der Erde anzutreffen sind. Das wichtigste
Unterscheidungsmerkmal zum temperierten Gletscher ist die
Eistemperatur. Dieses liegt deutlich unter dem Druckschmelzpunkt.
Beispielsweise liegt die Temperatur im Inneren des grönländischen
Eisschildes etwa zwischen -13 und -25 Grad. An der Gletschersohle
befindet sich dann kein Wasserfilm, sondern das Eis ist am Untergrund
festgefroren. Kommt es in Folge der Bewegung des Gletschers zu Druck-
oder Zugbeanspruchung, so reagiert das Eis spröde. Die Bewegung
kennzeichnet sich durch plastische Deformation. Oder das Eis kommt
vorwiegen in einer Blockschollenbewegung über den Untergrund oder
entlang von Scherfläche zum Gleiten. Insgesamt bewegen sich kalte
Gletscher kaum und reagieren nur träge auf Temperatur- bzw.
Klimaänderungen.
Zu guter Letzt gibt es noch die polythermalen Gletscher der
subpolaren und auch polaren Breiten. Dieser Typus verbindet sowohl
temperierte, als auch kalte Eistemperaturen. Typischerweise liegt das
Eis an den Seitenrändern und der Vorderkante sowie an der Oberfläche
unter dem Druckschmelzpunkt. Diese Bereiche sind so eher typisch für
kalte Gletscher. Währenddessen befindet sich die Eistemperatur im
dickerem Eis weiter oben im Akkumulationsgebiet nahe dem
Druckschmelzpunkt, wodurch ein Merkmal der temperierten Gletscher
erreicht wird. Somit weisen besonders polythermale Gletscher ein
starkes Temperaturgefälle auf. Viele kleine Gletscher auf Spitzbergen
sind polythermal aber auch der Gletscher "Storglaciären" im Norden
Schwedens zählt dazu. Auch der Antarktische Eisschild ist zum Teil
polythermal, denn schätzungsweise bis zu 55 % des Eises an der Sohle
könnte nahe am Druckschmelzpunkt sein. Zum Beispiel können die großen
Eisströme und Auslassgletscher auf einem Wasserfilm gleiten oder es
gibt Regionen die von einem subglazialen See unterlegt sind.
Zusammengefasst ist das thermische Regime sehr wichtig, um die
Dynamik - also Bewegung und Fließgeschwindigkeit abhängig von der
Eistemperatur, Eisdicke und äußeren meteorologischen Einflüssen -von
Gletschern zu verstehen.
M.Sc.-Met. Sebastian Altnau
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 12.03.2021
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst
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