M6 Einfrieren und Metamorphose

Thema

Der Gefrier- und Metamorphosemodus beschreibt, wie sich die Mikrostruktur von Eis und Schnee im Laufe der Zeit verändert: das Wachstum der einzelnen Körner, deren Rekristallisation, die durch Dampfdiffusion entstehende Sinterung, die sie miteinander verbindet, und die Bildung größerer, sichtbarer kryotischer Strukturen wie Pingos und Palsas.

Die Metamorphose der Schneedecke beginnt mit der Schneeablagerung und endet nicht damit: Temperaturgradienten innerhalb der Schneedecke erzeugen Dampfdruckgradienten. Diese Dampfdruckgradienten verdrängen Wasserdampf aus wärmeren Bereichen der Schneedecke in kühlere Bereiche, wo er sich auf den vorhandenen Eiskörnern ablagert. Bei moderaten Gradienten wandelt dieser Prozess die frischen, verzweigten Kristalle des Neuschnees in abgerundete Körner um; bei deutlich stärkeren Temperaturgradienten entstehen hingegen kantige Körner aus Tieffrost.

Firnsinterung ist die allmähliche Umwandlung von Schnee, zunächst in Firn und dann in Gletschereis. Angetrieben wird dieser Prozess durch das Gewicht der darüber liegenden Schichten und die Diffusion von Wassermolekülen im festen Eis selbst. Während der Sinterung steigt die Dichte von nur 300 bis 400 Kilogramm pro Kubikmeter im obersten Firn auf fast 830 Kilogramm pro Kubikmeter an der Grenze zum Gletschereis. Die Zunahme der Dichte ist an der Firnoberfläche am größten und verlangsamt sich mit fortschreitender Sinterung in größere Tiefe.

Die Tiefe, in der Luftblasen im Eis eingeschlossen werden, wenn die Firndichte 830 Kilogramm pro Kubikmeter erreicht, bestimmt, dass die in jeder Blase eingeschlossene Luft immer jünger ist als das sie umgebende feste Eis – ein entscheidender Altersunterschied für die korrekte Interpretation eines Eiskerns.

Pingos sind massive Eisberge, die entstehen, wenn unter Druck stehendes Wasser unter Permafrost gefriert. Es gibt zwei Arten von Pingos: offene Pingos, die durch eindringendes Wasser unter dem aufgetauten Boden nach dem Abfließen eines Sees entstehen, und geschlossene Pingos, die sich in Gebieten bilden, in denen das Grundwasser bereits unter artesischem Druck steht.

Für die Entstehung eines Pingos ist eine Zone aufgetauten Bodens im Permafrost erforderlich. Diese Zone gefriert allmählich von ihren Rändern zur Mitte hin. Mit fortschreitendem Gefrieren konzentriert sich immer mehr Wasser im verbleibenden aufgetauten Raum. Dieses konzentrierte Wasser erhöht den Druck in diesem Raum, und dieser zunehmende Druck hebt schließlich die Bodenoberfläche zur charakteristischen Kuppel eines Pingos an. Damit schließt sich die Kette der Umwandlungen von Eis und Schnee – von mikroskopisch kleinen Körnern zum sichtbaren Hügel –, mit der diese Beschreibung begann.

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