Gletscherkunde und Glazialgeomorphologie

Der Begriff „Gletscher“ weckt unterschiedliche Bilder in uns. In einem Experiment mit Studierenden im ersten Semester wurden beim freien Assoziieren vor allem die Begriffe „kalt“, „Eiszeit“ und „verschwinden“ genannt. Dass man bei gefrorenem Wasser an Kälte denkt, verwundert wenig, obwohl Gletscher im Sommer teilweise zweistelligen Plusgraden ausgesetzt sein können. Die Nennung von Eiszeit kann im genannten Experiment mit dem Studienort München zusammenhängen. Hier mag wohl allein schon durch den Schulunterricht die Tatsache, dass Gletscher vor 20.000 Jahren noch bis vor die Haustüre reichten, im kollektiven Bewusstsein verankert sein. Dass sie heute einem gegenläufigen Trend folgen und sogar drohen zu verschwinden, wird vermutlich weltweit mit Gletschern in Verbindung gebracht. Die rasanten Veränderungen der letzten Jahre haben dazu geführt, dass Vergleichsbilder von Gletschern fast zum Sinnbild des Klimawandels geworden sind. Sie zeigen die Folgen der globalen Erwärmung besonders deutlich und machen sie für jedermann begreifbar und nachvollziehbar.

Damit sich im Hochgebirge Gletscher bilden können, müssen topographische und klimatische Voraussetzungen erfüllt sein. Die verschiedenen Arten von Schneegrenzen spielen hier eine entscheidende Rolle. Aus Schnee entsteht über verschiedene Umwandlungsprozesse Gletschereis, ein Material mit besonderen physikalischen Eigenschaften. Für die Bewegung der Gletscher und die Formung des Untergrunds ist die Temperatur des Eises von zentraler Bedeutung.

Massenänderungen sind die wichtigste Größe bei der Beurteilung des Gletscherverhaltens, allerdings sind sie nicht so einfach zu bestimmen wie Längen- oder Flächenänderungen. In den letzten 75 Jahren ist ein verbindlicher Katalog von Begriffen und Methoden entstanden, die allesamt Vor- und Nachteile haben. Neben den drei klassischen Verfahren der Massenhaushaltsbestimmung ist mit der gravimetrischen Methode in den letzten Jahren ein neuer Ansatz hinzugekommen, der sich im operationellen Betrieb erst noch etablieren muss, aber in Zukunft vielleicht neue Möglichkeiten und Chancen eröffnet. Ein Teil der Massenverluste wird direkt über den Energieaustausch zwischen Gletscheroberfläche und Atmosphäre gesteuert. Hier entscheidet sich, ob Eis in den flüssigen oder gasförmigen Zustand wechselt und damit dem Gletscher verloren geht und mit welcher Effizienz diese Phasenübergänge stattfinden.

Es gibt mehrere Ansätze, die Vielfalt der Gletscher in Schubladen zu stecken, und nicht alle davon sind sehr glücklich. In der klassischen deutschen Literatur findet sich eine Typisierung nach der Ernährungsweise, die heute kaum noch gebräuchlich ist. Die am häufigsten verwendete Einteilung stellen morphologische Gletschertypen dar, wobei hier genau genommen nach der Größe der Gletscher, nach ihrer Lage im Relief und nach dessen Einfluss auf die Eisbewegung kategorisiert wird. Aus der Geophysik stammt die Untergliederung nach thermischen Kriterien in temperierte, kalte und polythermale Gletscher. Heute existieren weltweit etwas mehr als 200.000 Gletscher mit einer Gesamtfläche von ca. 700.000 km², wenn man die beiden Inlandeise Grönlands und der Antarktis nicht berücksichtigt. Die meisten dieser Gletscher sind vergleichsweise klein, ein Großteil der Fläche steckt aber in den wenigen großen Gletschern, die vor allem in polnäheren Regionen zu finden sind. Der größte Gletscher Islands ist beispielsweise mehr als viermal so groß wie alle Alpengletscher zusammen.

Aufgrund der aktuellen Veränderungen sowohl in der Kryosphäre als auch in der Atmosphäre wird der Begriff „Gletscher“ derzeit oft in einem Atemzug mit Begriffen wie „Klima“, „Klimawandel“ und „Erderwärmung“ genannt. Bevor dieser Zusammenhang näher beleuchtet wird, soll hier kurz auf den Begriff „Klima“ eingegangen werden. „Klima“ ist definiert als der mittlere Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder einem Gebiet. Damit Extremwerte die Statistik nicht verfälschen, muss ein ausreichend langer Zeitraum zugrunde gelegt werden. Dies sind in der Regel 30 Jahre, die so genannte klimatologische Referenzperiode. Von der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) wurde der Zeitraum 1961–1990 als Referenz- oder Normalperiode definiert, im Jahr 2021 wird er durch die Jahre 1991–2020 ersetzt werden. Bei der Betrachtung des Klimawandels dürfen streng genommen nur 30-jährige Perioden miteinander verglichen werden. Hierbei können sich nicht nur Mittelwerte verändern, sondern auch andere statistische Größen wie Streuung oder Extremwerte. Der Begriff „Witterung“ betrachtet dagegen wesentlich kürzere Zeiträume von einigen Tagen bis zu Jahreszeiten, während „Wetter“ den Zustand der Atmosphäre zu einem Zeitpunkt oder sehr kurzem Zeitraum an einem bestimmten Ort beschreibt. Charakterisiert werden Wetter, Witterung und Klima anhand quantifizierbarer Größen wie Lufttemperatur, Niederschlag, Luftfeuchte, Luftdruck, Windrichtung und Windgeschwindigkeit.

Gletscher sind bedeutende Wasserspeicher, 69 % der globalen Süßwasservorräte liegen derzeit als Gletschereis vor (Liu et al. 2011). In vielen Regionen der Erde sind sie nicht nur Lieferanten von Trinkwasser, sondern haben auch wirtschaftliche Bedeutung, zum Beispiel für landwirtschaftliche Bewässerung oder zur Gewinnung von Wasserkraft. Wasser in Gletscherumgebungen kann aber auch zur Naturgefahr werden (► Kap. 9), in diesen Fällen rückt es deshalb in den Fokus von Wissenschaft und Katastrophenvorsorge.

Unter Gletschergeschichte versteht man die zeitliche Entwicklung der Gletscher in der Vergangenheit. Die globale Gletscherausdehnung war schon immer, wie das globale Klima als Hauptantrieb, großen Schwankungen unterworfen. Für die ältere Vergangenheit, noch bevor das Gletscherverhalten durch den Menschen direkt zu beobachten war, müssen ehemalige Gletscherausdehnungen mit Hilfe von indirekten Methoden rekonstruiert werden. Zu Beginn dieses Kapitels erfolgt ein kurzer Abriss über diese Methoden, bevor die Gletschergeschichte auf verschiedenen Zeitskalen beleuchtet wird. Die erste Skala betrifft Vereisungsphasen, die sehr weit zurückliegen und die keinen Einfluss mehr auf die heutige Gestalt der Erdoberfläche haben. Die zweite Skala ist das Pleistozän, also das jüngste Eiszeitalter, das landschaftsgestaltend für weite Bereiche Europas und Nordamerikas war. Als dritte Skala wird die Gletschergeschichte des Holozäns, des Zeitabschnitts seit der letzten Kaltzeit, beleuchtet. In besonderem Maße wird hier auf neuzeitliche Schwankungen und den aktuellen Gletscherschwund eingegangen. Je jünger der betrachtete Zeitabschnitt ist, desto besser und zahlreicher sind naturgemäß die Informationen darüber.

Bei der Kapitelüberschrift mögen viele Leser vielleicht spontan an Gletscherspalten und andere Gefahren denken, die Gletscher für Bergsteiger darstellen können. Diese sind jedoch hier nicht Gegenstand der Betrachtung, sondern vielmehr jene Gefahren, die vom Gletscher auf dessen Umgebung und auf bewohnte Talräume ausgehen. In der Naturrisikoforschung bezeichnet der Begriff „Naturgefahr“ ein hypothetisches Ereignis mit potenziellen Schäden für den Menschen, wobei hier sowohl Sach- als auch Personenschäden gemeint sind. Ein „Naturereignis“ ist im Gegensatz dazu bereits eingetreten, hatte aber nur Auswirkungen auf das natürliche Umfeld, was vor allem in vom Menschen unbesiedelten und ungenutzten Gebieten vorkommen kann. Zieht ein Ereignis dagegen enorme Schäden für den Menschen nach sich, so spricht man von einer „Naturkatastrophe“ (Felgentreff und Glade 2008). Nach dieser Sichtweise existieren Naturgefahren nur für den Menschen und sind Naturkatastrophen nur für den Menschen katastrophal.

Durch die Bewegung eines Mediums über die Erdoberfläche kommt es zu einer abtragenden Wirkung auf das Gestein, die in den Geowissenschaften als Erosion bezeichnet wird. Je nach Medium unterscheidet man z. B. die Winderosion, die Fluvialerosion des fließenden Wassers oder eben die Glazialerosion der Gletscher. Diese findet nicht immer auf die gleiche Art und Weise statt, sondern kann je nach Bewegungsart, Gletschertyp und Beschaffenheit des Untergrunds voneinander abweichen. In der traditionellen deutschsprachigen Literatur werden drei Erscheinungsformen der Glazialerosion unterschieden: die abschleifende Wirkung (Detersion), die herausbrechende Wirkung (Detraktion) und die ausschürfende Wirkung (Exaration). Diese klassische Einteilung wurde durch jüngere Forschungsarbeiten, vor allem im englischsprachigen Raum, differenziert und abgewandelt. Sie gilt inzwischen als überholt und sollte nicht mehr verwendet werden. Trotzdem wird im nachfolgenden noch auf sie Bezug genommen, um die Unterschiede zur aktuelleren, englischen Nomenklatur herauszustellen. Neben den Prozessen der Glazialerosion werden auch die Landformen aufgezeigt, die durch die abtragende Wirkung der Gletscher entstehen.

Nachdem Gesteinspartikel erodiert und über eine kürzere oder längere Strecke transportiert wurden, werden sie schließlich an anderer Stelle wieder abgelagert. Dieser Prozess wird auch als Sedimentation oder Akkumulation bezeichnet. Beim Transportsystem Gletscher wird das Lockergestein am Rand des Eises (frontal oder lateral) oder unter dem Eis (subglazial) abgelagert. Während im Englischen die so entstandenen Oberflächenform (moraine) vom Material (till) unterscheidbar ist, wird im deutschen beides als Moräne bezeichnet.