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Pflanzen erobern ehemalige Gletscherflächen überraschend schnell 2019
Schutt auf Gletschern relevant für Hochgebirgsbäche 2019
Studie: Calibrated Ice Thickness Estimate for All Glaciers in Austria 2019
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Gletscherforschung in Österreich
Pflanzen erobern ehemalige Gletscherflächen überraschend schnell

Gletscherforscher/innen der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben erstmals Satellitenbilder mit ökologischen Messungen kombiniert. Das Ergebnis: Die Pflanzenwelt erobert durch Gletscherschmelze freigewordene Flächen in kürzester Zeit und verringert so das Risiko von Murenabgängen.

Die heimischen Gletscher schmelzen immer schneller, was neue Gefahren wie Muren und Gerölllawinen mit sich bringt. Um dieses Risiko besser beurteilen zu können, ist es wesentlich, die Vegetationsentwicklung auf den betroffenen Flächen zu kennen. Denn: Wo das Erdreich von Wurzelwerk durchzogen ist, besteht ein niedrigeres Risiko für Murenabgänge, da die Wurzeln auch bei Regen den Abtrag des Untergrundes verlangsamen.

Wie Forscher/innen des Instituts für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in einer fachübergreifenden Zusammenarbeit nun herausfanden, erobern Pflanzen diese durch Gletscherschmelze freigewordenen Flächen ausserordentlich schnell. Das berichtet das Team nun in "Nature Scientific Reports".

Neben ÖAW-Gletscherforscherin Andrea Fischer war an der Studie Thomas Fickert (Universität Passau) für die Vegetationserhebungen beteiligt, die Analyse der Satellitenbilder wurden von Gabriele Bippus (Firma Enveo) durchgeführt und die Glaziologen Gernot Patzelt sowie Günther Gross steuerten ihre Langzeitbeobachtungen bei.

Entwicklung der Pflanzendecke über Jahrhunderte

Der Rückgang der heimischen Gletscher ist seit Jahrzehnten dokumentiert. So hat der Jamtalferner im Tiroler Silvrettagebirge seit 1864 mehr als 53 Prozent seiner Fläche verloren. Durch eine neue Kombination von Satellitendaten und im Gelände erhobener Daten zur Vegetationsentwicklung konnten die Forscher/innen nun noch genauer beobachten, wie sich die Pflanzendecke über die letzten Jahrzehnte entwickelt hat.

Die Studie zeigt, dass die Zahl der unterschiedlichen Pflanzenspezies am Jamtalferner von zehn bis 20 nach nur wenigen Jahren der Eisfreiheit auf bis zu 50 nach einem Jahrhundert anstieg. "Die Pflanzenwelt erobert in relativ kurzer Zeit Flächen zurück, in denen zuvor über Jahrhunderte keine Pflanze gedeihen konnte. Diese Dynamik war uns vorher nicht bekannt", sagt Erstautorin Andrea Fischer von der ÖAW, die die aktuelle Untersuchung am Tiroler Jamtalferner geleitet hat.

Ko-Autor und Geograph Thomas Fickert ergänzt: "Die Besiedelung der jüngst eisfrei gewordenen Gletschervorfelder scheint heute tatsächlich schneller abzulaufen als nach dem Ende der Kleinen Eiszeit, obwohl sich die heute an der Besiedelung beteiligten Arten und die zugehörigen Besiedelungsprozesse nicht grundlegend von den damaligen unterscheiden."

Risiken des Klimawandels besser abschätzen

Durch die Gletscherschmelze kommt einerseits Schutt an die Oberfläche, der zuvor unter Eis gelegen ist, zum anderen kommt es auch vermehrt zu Felsstürzen durch die Labilisierung der Felswände in Folge des Gletscherrückgangs. Als indirekte Folge des Klimawandels steigt dadurch also das Risiko für Muren und Gerölllawinen. Weil die nachwachsende Vegetation aber wiederum eine stabilisierende Funktion ausübt, kann sie diese Gefahr vermindern. "Unsere neue Methode, Satellitenbilder und in situ-Erhebungen des Pflanzenwuchses kombiniert zu analysieren, kann helfen, diese Risiken im Alpenraum besser abzuschätzen", erklärt Fischer.

In Folgestudien soll die Methode optimiert und auf weitere Gletschergebiete in Österreich ausgeweitet werden, um Pflanzenwachstum und geologische Folgen im Hochgebirge noch genauer analysieren zu können. Ergänzend dazu widmet sich am ÖAW-Institut aktuell auch das kürzlich gestartete Forschungsprojekt "Hidden Ice" dem Sedimenttransport im Vorfeld von Gletschern und dessen Gefahrenpotential für Alpentäler.

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Schutt auf Gletschern relevant für Hochgebirgsbäche

Kay Helfricht erforscht vergletscherte Gebirgsregionen. Sein Projekt Hidden.Ice wird in den kommenden drei Jahren an der ÖAW untersuchen, wie sich die Schuttbedeckung auf den Gletschern verändert und sich dieses Material im Vorfeld der schwindenden Gletscher ablagert. Dies wirkt sich auf den Transport von Geröll in Gebirgsbächen bis hin zu siedlungsnahen Verbauungen aus.

Die heimischen Gletscher sind ständigen Veränderungen unterworfen. Durch derzeitige klimatische Entwicklungen werden diese teilweise noch verstärkt, wobei einzelne Gletscher sehr individuell auf Veränderungen ihrer Umwelt reagieren. Am Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) werden diese Veränderungen erforscht und dokumentiert. Kay Helfricht beschäftigt sich im Rahmen des Projekts Hidden.Ice mit den Auswirkungen der Schuttbedeckung von Gletschern auf den Geschiebetransport in Gebirgsbächen.

"Die Schuttbedeckung der einzelnen Gletscher ist regional und lokal sehr unterschiedlich. Wir wollen wissen, ob vermehrte Schuttbedeckung den Eisschwund verstärkt oder verlangsamt. Auch untersuchen wir, wie sich das auf den Transport von Geschiebe in Gebirgsbächen auswirkt, die am Fusse der Gletscher zutage treten", erklärt Helfricht. Die Schuttschicht auf den Gletschern misst - falls überhaupt vorhanden - meist nur wenige Zentimeter bis mehrere Dezimeter.

Stark schuttbedeckte Gletscher sind dabei für Laien nur schwer von Geröllhalden zu unterscheiden. Die Bedeckung kann je nach Ausprägung unterschiedliche Auswirkungen auf das Eis haben. "Eine entsprechend massive und geschlossene Schicht konserviert das Eis. Ist die Schicht eher dünn und uneinheitlich, schmilzt das Eis durch die zusätzliche Wärme, die von dem dunkleren Material abgestrahlt wird, schneller", sagt Helfricht.

Instabile Felswände

Schutt gibt es vor allem auf Gletschern, die von steilen Felswänden gesäumt sind. "Bei vielen Gletschern nimmt die Schuttbedeckung derzeit zu, weil die Felswände durch die Erwärmung und das daraus folgende Auftauen des Permafrostes instabil werden. Das führt zu mehr Steinschlag und damit zu Ablagerungen von Geröll auf Gletscheroberflächen", sagt Helfricht. Das Untersuchungsgebiet des aktuellen Forschungsprojekts ist vorrangig der Jamtalferner in der Silvretta. Für dieses Gebiet gibt es gute historische Daten, die belegen, wie die Geröllbedeckung zugenommen hat. "Es existieren alte Fotos und Karten, die wertvolle Informationen liefern. Das ist nicht für alle Gebirgsregionen gleich. Für die vergangenen 30 Jahre können wir auf Satellitenbilder zurückgreifen, die uns helfen, die Veränderungen auf möglichst vielen Gletschern in Österreich festzustellen", sagt Helfricht.

Insgesamt haben wir in Österreich noch relativ wenig Schutt auf den Gletschern, wenn man etwa den Himalaya als Vergleich heranzieht. Aber dort wo es bereits Schuttbedeckung gibt, nimmt sie tendenziell zu.

Eine einheitliche Entwicklung der Schuttbedeckung ist aus den derzeit verfügbaren Daten über die österreichischen Gletscher nicht ableitbar. "Dort wo es bereits eine relevante Schuttbedeckung gibt, nimmt sie tendenziell zu. Insgesamt haben wir in Österreich noch relativ wenig Schutt auf den Gletschern, wenn man etwa den Himalaya als Vergleich heranzieht", sagt der Forscher. Die Satellitendaten werden ständig genauer und auf modernen Aufnahmen lässt sich die Schuttbededeckung bereits gut erkennen.

Wasserbau

In den kommenden drei Jahren will Helfricht die Auswirkungen der Schuttbedeckung von Gletschern auf den Transport von Geröll in Hochgebirgsbächen untersuchen. "Wir werden uns auf einige Gletscher konzentrieren, wo bereits eine Zunahme der Schuttbedeckung zu beobachten ist. Am Jamtalferner schauen wir uns im Projekt Hidden.Ice den Übergang vom schuttbedeckten Eis zum eisfreien Gletschervorfeld genauer an. In diesem Bereich ist mit einem erhöhten Abtransport von lockerem Geröll durch Gletscherbäche zu rechnen. Wie sich die Schuttbedeckung dabei im Detail auswirkt, ist sicher eine komplexe Frage. An den Flanken der Gletscherzunge rutscht das Gesteinsmaterial ab und gelangt somit direkt in den Abfluss, wobei es auch das bis dahin abgedeckte Eis wieder exponiert", sagt Helfricht.

Unsere Arbeitsthese ist, dass ein grosser Teil des lockeren Schutts auf den Gletschern direkt an den Gletscherzungen in den Abfluss gelangt. Dort nimmt das Schmelzwasser das Material mit. Dies kann bis zu Rückhaltebecken und Wasserfassungen gelangen und diese verstärkt verlegen.

Für die Abteilung Wasserbau der Universität Innsbruck ist vor allem die Menge des aus den Gletschervorfeldern transportierten Gerölls interessant. Die ÖAW-Glaziolog/innen arbeiten im aktuellen Projekt deshalb eng mit Expert/innen des Wasserbaus zusammen. "Unsere Arbeitsthese ist, dass ein grosser Teil des lockeren Schutts auf den Gletschern direkt an den Gletscherzungen in den Abfluss gelangt. Dort nimmt das Schmelzwasser das Material mit. Besonders bei Starkniederschlägen und an heissen Sommertagen landet deshalb sehr viel Geröll in den Bächen und wird talwärts transportiert. Dies kann bis zu Rückhaltebecken und Wasserfassungen (alle baulichen Anlagen zur Gewinnung von Wasser aus Grundwasser, Quellen etc., also etwa Brunnen) gelangen und diese verstärkt verlegen", sagt Helfricht.

Luftaufnahmen

"Man muss hier unterscheiden. Das Sediment ist das feine Material, das ständig in Schwebe im Bach gehalten wird. Das Geschiebe ist das gröbere Material, das vom fliessenden Wasser am Grund mitgenommen wird. Bei Hidden.ice wird vor allem der Transport grösserer Gesteinsteile untersucht", erklärt der Gletscherforscher. Das gröbere Material ist aber schwierig zu messen. "Man kann zwar Fangkörbe einbringen, aber es ist oft sehr unsicher, wie repräsentativ solch eine Messung wirklich ist", sagt Helfricht. Deshalb wird die Oberfläche der Gletscherzunge und des Gletschervorfeldes zusätzlich mit präzisen geo-physikalischen Messmethoden erfasst. Mit bis zu 20 Messpunkten pro Quadratmeter werden die betreffenden Areale mit Luftaufnahmen kartografiert. Das erlaubt bei regelmässiger Durchführung eine genaue Berechnung von Höhenunterschieden und damit eine Vermessung der an- oder abgelagerten Geröllvolumen.

Die erste Bestandsaufnahme der Gletschervorfelder läuft derzeit. In den kommenden Sommern sollen dann wiederholte Messungen durchgeführt werden. Mithilfe der Daten vom Jamtalferner wollen die Forscher/innen den Geschiebetransport in den Bächen dann auch am Computer simulieren. "Die abgeführte Menge schwankt je nach Jahres- und Tageszeit allein durch die Schnee- und Eisschmelze. Starkniederschlags-Ereignisse haben nochmals einen besonders grossen Einfluss", sagt Helfricht.

Kay Helfricht studierte Meteorologie und Geophysik an der Universität Innsbruck, wo er auch promovierte. Auslandsaufenthalte führten ihn unter anderem an das University Centre in Svalbard (Spitzbergen). Seit 2014 ist er zunächst als Junior Researcher und inzwischen als PostDoc am Institut für Interdisziplinäre Gebirgsforschung der ÖAW tätig.

Das Projekt Hidden.Ice wird im Rahmen der Earth System Sciences von der ÖAW gefördert und läuft bis zum Jahr 2021. Projektpartner sind die Universität Innsbruck, die Katholische Universität Eichstätt-Ingolstadt, ENVEO Environmental Earth Observation IT GmbH sowie die Universität für Bodenkultur Wien.

Quelle: Österreichische Akademie der Wissenschaften ÖAW, Juli 2019
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Studie: Calibrated Ice Thickness Estimate for All Glaciers in Austria

Neue Publikation von Kay Helfricht et al.

Diese Studie trägt zu einem besseren Verständnis der Genauigkeiten und Grenzen der Eisdickenmodellierung bei, indem sie einen umfassenden Datensatz von in-situ-Eisdickenmessungen und beobachtete Gletschergeometrien in den österreichischen Alpen nutzt. Die Messdaten wurden verwendet, um einen verbesserten Eisdickendatensatz für die Gletscher der österreichischen Alpen zu berechnen.

Für das Jahr 2006 wurde ein Volumen von 15,9 km3 festgestellt. Die zehn grössten Gletscher machen 25% der Fläche und 35% des gesamten Eisvolumens aus. Eine Schätzung basierend auf Massenbilanzmessungen von neun Gletschern zeigt einen zusätzlichen Volumenverlust von 3,5 ± 0,4 km3 (22 ± 2,5%) bis 2016, woraus ein Gletschervolumen von 12,4 km³ resultiert.

Publikation von Kay Helfricht et al. in Frontiers in Earth Sciences

Helfricht K, Huss M, Fischer A and Otto J-C (2019): Calibrated Ice Thickness Estimate for All Glaciers in Austria. Front. Earth Sci. 7:68. doi: 10.3389/feart.2019.00068

Quelle: Österreichische Akademie der Wissenschaften ÖAW, Juli 2019
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