Permafrost – Definition, Profil, Verbreitung

Permafrost – Definition

Permafrost ist die Bezeichnung für Lithospährenmaterial, das während der Dauer von mindestens einem Jahr Temperaturen unter 0°C aufweist und somit über die Zeit und die Temperatur definiert wird.(Baumhauer et. al. 2017, S. 116)

Gletscher zählen nicht zum Dauerfrostboden und werden als Bestandteil der Hydrosphäre behandelt.

Permafrost in Herschel Island 009.jpg
Ein tauender Permafrostboden auf Herschel Island in Kanada
By Boris Radosavljevic – https://www.flickr.com/photos/139918543@N06/24460128689/, CC BY 2.0, Link

Permafrost – Profil

Permafrost besteht aus sog. „magmatischen Eis“, welches durch Gefrieren von Wasser entsteht. Man differenziert eisreichen und trockenen Permafrost, bei dem weder Eis noch freies Wasser vorhanden ist. Wenn sich Eis und Poren im Gleichgewicht befinden, spricht man von gesättigtem Permafrost. Bei untersättigtem Permafrost füllt das Eis die Porenräume des Substrats nicht aus, beim übersättigtem ist mehr Eisgehalt als Porenvolumen gegeben.

Außerdem unterscheidet man mehrere Bereiche innerhalb des Dauerfrostbodens.

Vertikalprofil eines Permafrostbodens
nach Glawion 2009

Den obersten Bereich nennt man Auftaubereich bzw. active layer. Er weist eine Mächtigkeit von bis zu drei Metern auf. Auch im Sommer werden hier nur wenige Plusgrade erreicht. Hier finden auch die periglazialen Formungsprozesse statt.

Die Permafrosttafel trennt den Auftaubereich vom dauerhaft gefrorenen Untergrund. Die thermische Nullamplitude gibt die Tiefe an, ab der keine jahreszeitlichen Temperaturschwankungen mehr nachzuweisen sind. Den Bereich unterhalb der Nullamplitude bezeichnet man als isothermen Permafrost. Je tiefer man geht, desto höher werden wieder die Temperaturen. Wo schließlich der Gefrierpunkt überstiegen wird, beginnt der sog. Niefrostbereich. Die nicht gefrorenen Bereiche unterhalb des Permafrosts bezeichnet man auch als Taliks.

Die jeweiligen Mächtigkeiten der einzelnen Bereiche hängen von vielen Größen ab. So haben unter anderem Klima, die Schneedeckenmächtigkeit, der Zeitpunkt des Einschneiens, die Vegetation sowie die organische Auflage wesentlichen Einfluss.

Kontinuierlicher, diskontinuierlicher und sporadischer Permafrost

Von kontinuierlichem Permafrost spricht man, wenn der Untergrund mit durchgehend (100 % Flächenanteil) gefroren ist. Er tritt bei Jahrestemperaturen zwischen ca. -6°C und -8°C auf.

Diskontinuierlicher Permafrost bedeutet, dass die Verteilung lückenhaft ist. Hierfür braucht es Jahrestemperaturen von 0 bis -1°C. Die Flächenbedeckung liegt zwischen 50 und 99 %.

Sporadischer Permafrost ist inselhaft verteilt (bis zu 50 % Flächenanteil). Er kann auch bei positiven Jahrestemperaturen auftreten. Hier handelt es sich dann häufig um reliktischen Permafrost, was bedeutet, dass er ein Überbleibsel der letzten Eiszeit darstellt.

Normalerweise geht kontinuierlicher Permafrost in Richtung Äquator in diskontinuierlichen und schließlich in sporadischen Permafrost über.

Kontinuierlicher, diskontinuierlicher und ganz rechts sporadischer Permafrost
Bildquelle: https://www.researchgate.net/

Permafrost – Verbreitung

Verbreitung von Permafrost
Bildquelle: https://www.eskp.de/klimawandel/zusammenhang-zwischen-klimawandel-und-permafrost/

Die wichtigsten Verbreitungsgebiete von Permafrost sind heute Sibirien, Nordsibirien, Nordkanada, Alaska und die Antarktis. In den Alpen findet man ab etwa 2.500 Meter Dauerfrostgebiete. Vor 20.000 Jahren, dem Maximalstand der letzten Kaltzeit, waren noch weite Bereiche Eurasiens und Nord- und Südamerikas von Dauerfrostboden überzogen.

In den kontinuierlichen Permafrostgebieten Ostsibiriens werden Tiefen von bis zu 1.500 Kilometer erreicht. An der Grenze zum diskontinuierlichen Permafrost liegt die Mächtigkeit bei rund 60 Meter, zum sporadischen noch bei etwa 12 Meter.

Einige Permafrostböden sind schon seit über 100.000 Jahren gefroren.

Permafrost und der Klimawandel

Durch den Klimawandel tauen immer tiefere Erdschichten auf, was dazu führt, dass durch Mikroorganismen Tier- und Pflanzenreste zersetzt werden, welche lange durch den Frost geschützt waren. So wurde in Nord-Sibirien in Tiefen von 18 bis 26 Metern im gefrorenen Untergrund ein Temperaturanstieg von 0,5 °C von 2006 bis 2011 gemessen. Durch das Wirken der Mikroorganismen werden hohe Mengen Kohlenstoffdioxdid und Methan in die Atmosphäre abgegeben.

Man spricht hier von einem positiven Rückkopplungseffekt, da Kohlenstoffdioxid und Methan die Erwärmung der Erde beschleunigen, was wiederum dazu führt, dass die Permafrostböden schneller tauen, was wiederum immer höhere Mengen an Kohlenstoffdioxid und Methan in die Atmosphäre freisetzt.

So binden die Permafrostregionen der Erde momentan rund 1.300 Gigatonnen Kohlenstoff. Erwärmt sich die Erde weiter im momentanen Tempo, könnte das Treibhausgas aus Permafrost die globale Durchschnittstemperatur um zusätzliche 0,3 °C ansteigen lassen.

Quellen

https://www.bundesregierung.de/breg-de/aktuelles/tauender-permafrost-eine-unterschaetzte-gefahr-fuer-das-weltklima-1614664

https://www.eskp.de/klimawandel/zusammenhang-zwischen-klimawandel-und-permafrost/

Roland Baumhauer, Brigitta Schütt, Steffen Möller, Christof Kneisel, Elisabeth Tressel (2017): Einführung in die Physische Geographie (Geowissenschaften Kompakt). Nürnberg.

Zepp, H. (2008): Geomorphologie: Grundriss Allgemeine Geographie. 4. Aufl., Stuttgart.

Rainer Glawion, Rüdiger Glaser, Helmut Saurer, Michael Gaede, Markus Weiler (2009): Physische Geographie. 2. Aufl. Braunschweig.

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