Das Mikroklima grobblockiger Schutthalden der alpinen Periglazialstufe und seine Auswirkungen auf Energieaustauschprozesse zwischen Atmosphäre und Lithosphäre
Die Ergebnisse der Arbeit unterstreichen die besondere Bedeutung lokaler Standortfaktoren auf die diskontinuierliche Permafrostverbreitung. Dem für die Periglazialstufe von Hochgebirgen charakteristischen Oberflächentyp "grobblockiger Schutt" kommt in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle zu.
Solange eine Blockschicht nicht durch eine geschlossene Schneedecke abgedeckt wird, unterscheidet sich das Mikroklima in grobblockigem Substrat fundamental von dem in Feinsubstrat, da nicht-konduktive Wärmetransfermechanismen zumindest phasenweise über die Wärmeleitung dominieren. In Abhängigkeit von den beteiligten Wärmetransfermechanismen erhöht sich während diesen Perioden der Energieumsatz im Vertikalprofil. Ihr Einfluss auf die Stabilität der thermischen Schichtung im Hohlraumsystem entscheidet darüber, welche Bereiche der Blockschicht dem erhöhten Energieumsatz unterliegen.
Freie Konvektion setzt immer dann ein, wenn die Temperatur an der Blockschichtoberfläche die aktuell im Hohlraumsystem der Blockschicht herrschenden Temperaturen unterschreitet und dadurch eine Labilisierung in der thermischen Schichtung der Hohlraumluft bewirkt. Sie tritt somit überwiegend während der kalten Jahreszeit auf. Durch die Labilisierung der thermischen Schichtung erfasst der turbulente Austausch mit der bodennahen Atmosphäre tendenziell die gesamte Blockschicht, woraus eine annähernde Isothermie im Vertikalprofil resultiert.
Der sommerliche Energieaustausch zwischen Blockschicht und bodennaher Atmosphäre wird ebenfalls durch die nicht-konduktiven Prozesse der Wärmestrahlung und der erzwungenen Konvektion verstärkt. Das Ausmaß der Verstärkung ist eng an den Tagesgang des Strahlungsenergieumsatzes an der Blockfeldoberfläche gebunden. Da die Erwärmung der Blockschichtoberfläche die thermische Schichtung in der Hohlraumluft stabilisiert, bleibt der turbulente Austausch mit der ebenfalls erwärmten bodennahen Atmosphäre tendenziell auf die großen oberflächennahen Hohlräume beschränkt. Bei ausreichender Mächtigkeit der Blockschicht bildet sich im Vertikalprofil ein Temperaturgradient aus, der effektiv der Temperaturverteilung in feinkörnigen Substrattypen ähnelt.
Die spezifischen Eigenschaften der Fluidphase führen im Ergebnis dazu, dass die effektive Wärmeleitfähigkeit des Zwei-Phasen-Systems Blockschicht im Fall der Abkühlung von der Oberfläche größer ist als im Fall der Erwärmung. Die thermische Kopplung insbesondere der Blockschichtbasis mit der bodennahen Atmosphäre ist dadurch im Herbst und z.T. noch im Winter wesentlich direkter als im Sommer, was zu einer überdurchschnittlichen Auskühlung der Blockschicht führt. Die charakteristischen Abweichungen vom konduktiv dominierten Bodenwärmefluss rechtfertigen es, grobblockiges Substrat als mikroklimatisch eigenständige Deckschicht anzusprechen.
Die Temperaturreduktion im Vergleich zu anderen Substrattypen ist dabei umso größer, je günstiger das Verhältnis von mittlerer Schneedeckenmächtigkeit zu durchschnittlichen Hohlraumdurchmessern an der Oberfläche der Blockschicht ist. Ihr Betrag unterliegt daher großen räumlichen und interannuellen Schwankungen. Aus dem für die Referenzperiode dokumentierten Witterungsverlauf resultierte im Ritigraben-Blockfeld ein mittlerer Reduktionsbetrag von 3,5°C.
Die Untersuchungen in den Arbeitsgebieten Grächen-Seetalhorn und Zermatt-Gornergrat ergaben Hinweise auf die Anwesenheit von Permafrost nahezu ausschließlich im räumlichen Zusammenhang mit grobblockigen Oberflächen. Der ermittelte Effekt wurde dementsprechend in eine empirisch-statistische Modellierung der lokalen Permafrostverbreitung integriert. Die dabei erzielten Resultate geben erstmals die aus den Messdaten abgeleitete Kleinräumigkeit in der diskontinuierlichen Permafrostverbreitung annähernd wieder.
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