Forschungsergebnisse legen nahe, dass die europäischen Alpen langsamer erodieren als vor mehr als 10.000 Jahren.

20. Januar 2024 feature

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von Hannah Bird, Phys.org

Die Deglaziation während des Holozäns (letzte ~17.000 Jahre) hat bedeutende Auswirkungen auf die umliegenden bergigen Umgebungen gehabt, da die Gletscher zurückgegangen sind und deutliche Geländeformen hinterlassen haben, wie zum Beispiel Geröllrücken (Moränen), die während des Rückzugs an der Gletscherspitze abgelagert wurden.

Zusätzlich dazu kommt das Tempo der Erosion der "neu" freigelegten Berghänge, die Felsstürze verursachen und im Fokus neuer Forschungen stehen, die in dem Artikel Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurden. Diese Forschungen deuten darauf hin, dass die Erosionsraten in den letzten Jahrzehnten/Jahrhunderten im Vergleich zum früheren Holozän abgenommen haben könnten.

Dr. Daniel Draebing von der Universität Utrecht, Niederlande, und Kollegen haben die Hänge aus Felsuntergrund (sogenannte Felswände) der europäischen Alpen untersucht, um die Rolle der Klimaerwärmung bei dieser Veränderung der Erosionsraten zu testen. Die Theorie bezieht sich auf die geringere Gletscherlast seit der letzten Spitze der Jüngeren Dryas (~12.900-11.700 Jahre) und führt zu einer Verringerung des Gletscherdrucks und somit zu einem Rückgang der Exposition steiler Talseiten zur Erosion.

Das Forschungsteam kombinierte realitätsnahe Felddaten mit Modellierung und berechnete Erosionsraten von 1,2-1,4 mm/Jahr für ein periglaziales Alpental in der Südschweiz vor ~9.000-10.000 Jahren, basierend auf Ablagerungen am Fuß der Felswand (Talus-Hänge). Diese wurden mit modernen Messungen von Erosionsraten von 0,02-0,08 mm/Jahr zwischen 2016 und 2019 verglichen.

Insbesondere rekonstruierten die Wissenschaftler die Geschichte des Gletscherrückzugs im Hungerli-Tal und konzentrierten sich auf die Temperatur der Felswände und wie sich dies auf das Vorkommen von Permafrost (Gesteins-/Bodenmaterial, das das ganze Jahr über unter 0°C bleibt) und Frostklüftung (Aufspaltung des Grundgesteins durch gefrierendes Wasser) ausgewirkt haben könnte.

Letztere entsteht durch einen Prozess namens Eisentmischung, erklärt Dr. Draebing und fügt hinzu: "Wasser friert zu Eis und das Eis zieht zusätzliches Wasser in den Eiskörper, wodurch es an Größe zunimmt und Spannungen erzeugt, die den Fels zerbrechen."

Die Modellierung der Frostklüftung im Laufe der Zeit basiert auf der prozentualen Veränderung der Porosität des umgewandelten Paragneises und Schiefergesteins durch Klüfte. Diese Information stammt aus Laboruntersuchungen zur Festigkeit von Proben, die an der Untersuchungsstelle entnommen wurden.

Sowohl Permafrost als auch Frostklüftung schwächen die Felswände und führen zu Felsstürzen, die durch seismische Aktivität noch weiter verstärkt werden können, die durch Änderungen der Spannungen im Boden durch das "Gewicht" eines Gletschers (glaziale Belastung) entstehen, das während des Schmelzens entfernt wird.

Mithilfe von Laserscans haben die Forscher Veränderungen der Felssturzaktivität im Hungerli-Tal während des modernen Untersuchungszeitraums erfasst und 263 Ereignisse identifiziert, wobei das maximale Volumen eines Einzelevents 159,4 m3 betrug. Solche Ereignisse waren während der Feldforschung für die Wissenschaftler gefährlich, sagt Dr. Draebing: "Die Arbeit in hochalpinen Umgebungen ist für ein Team sowohl körperlich als auch psychisch sehr anspruchsvoll, und aktive Felsstürze sind gefährlich, daher mussten diese Risiken täglich bewertet werden."

Dr. Draebing und Kollegen stellten fest, dass auf den Hängen, die seit ~10.000 Jahren frei von Gletschereis waren, im mittleren bis späten Holozän höhere durchschnittliche Erosionsraten auftraten im Vergleich zur heutigen Zeit, und führen dies auf eine intensivere Permafrostbildung und Frostklüftung zurück.

Dieser Effekt verstärkte sich mit zunehmender Höhe, da die Bergfelswände über 2700 m stärkere Erosion erfuhren als niedriger gelegene Orte während der Jüngeren Dryas, mit einem Höhepunkt der Frostklüftung in den Modellen. Allerdings wurde festgestellt, dass dieses Muster im Laufe der Zeit zusammengebrochen ist, mit einem schnellen Rückgang der Erosionsrate. Zum Beispiel war die höchste aufgezeichnete Erosionsrate von 50,7 mm/Jahr in den letzten fünf Jahrzehnten zwei Größenordnungen höher als früher im Holozän, sank aber bis 2019 auf nur noch 0,58 mm/Jahr.

Es wird vermutet, dass ein vorläufig hoher, aber anschließend schneller Verfall der Erosionsrate durch eine Kombination aus verstärkter Frostklüftung, Auftauen des Permafrosts und der Anpassung der Landschaft an die Entlastung durch das Schmelzen des Gletschers verursacht wird.

Dr. Draebing schlägt vor, dass es nicht möglich ist zu erkennen, welcher der drei Faktoren am dominantesten in der Erosion ist. "Alle diese Prozesse werden von niedrigen Temperaturen und Niederschlägen beeinflusst (insbesondere von Gletschern), daher ist es nicht überraschend, dass sie in der gleichen Höhenlage auftreten, da die Temperatur in den Bergen eine Funktion der Höhe ist."

'We moved down in elevation and did a comparable study on rockwall areas that are permafrost-free and not affected by recent glaciation to identify the role of frost cracking in erosion and to work on a system where we can exclude permafrost and glacier retreat, both of which made analysis more challenging.'

Seasonal snow cover also plays a part, with thicker snow layers insulating the rockwall and delaying freeze-thaw processes. Overall, the research team concludes that frequent small-scale rockfalls occur in preference to larger-scale single devastating events as a result of glacial retreat.

Concerning whether erosion rates will continue declining until a future glaciation, Dr. Draebing says, 'Erosion depends upon topographic stresses (such as slope steepness) and climate-induced stresses (like frost cracking, permafrost thaw and glacier retreat). Climate-induced stresses will decrease due to climate warming, however, topographic stresses will persist. Erosion rate will reach an equilibrium probably similar to current erosion rates of 0.02 and 0.08 mm/year.'

This research is important in understanding the role deglaciation in a warmer world impacts processes affecting rock erosion, and therefore rockfall events, as climate change continues. In addition to permafrost and frost cracking, extreme weather events may also enhance erosion, as well as large-magnitude earthquakes.

The impact such situations may have on the local landscape and its inhabitants is vital to support the infrastructure mountain-dwelling communities and alpine tourism resorts rely upon, as well as wildlife struggling to adapt to the changing environment.

Dr. Draebing concludes, 'Due to climate change, glaciers and permafrost will disappear and frost cracking will decrease, which in the long term will result in decreasing erosion rates. However, in the short term, glacier retreat and permafrost thaw will increase erosion rates and rockfall hazard, something mountain communities will need to adapt themselves to in the near future.'

Journal information: Earth and Planetary Science Letters

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