Gletscher

Grundlagen und Bedeutung

Ein Gletscher ist eine aus Schnee entstandene Eismasse, die sich durch ihr eigenes Gewicht verdichtet und unter dem Einfluss der Schwerkraft hangabwärts bewegt. Unter Druck- und Schubspannung fließt und verformt sich Eis, kann aber auch brechen; dadurch entstehen Gletscherspalten. Am Grund kann ein Gletscher Gestein mitnehmen, im Inneren Luftporen einschließen und an seiner Oberfläche durch Schmelzen, Sublimation, Niederschlag, Staub oder Gesteinsschutt verändert werden.

Gletscher sind bedeutend, weil sie große Wasserspeicher, Klimafaktoren und Landschaftsformer sind. Gletscher und Eiskappen speichern derzeit 68,7 % des Süßwassers der Erde und sind nach den Ozeanen die größten Wasserspeicher. Sie versorgen viele Flusssysteme mit Wasser, beeinflussen das Weltklima und haben besonders in den Kaltzeiten des Pleistozäns große Landschaften geformt. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts ist nahezu weltweit ein deutlicher Rückgang der Gletscher zu beobachten.

Es gibt kein allgemein anerkanntes Mindestmaß, ab wann eine Eismasse als Gletscher gilt. Nach Maßstäben des United States Geological Survey muss die Dicke mindestens 100 ft, also 30,48 m, betragen, damit Eigenbewegung möglich ist; außerdem muss die Oberfläche mindestens 0,1 km² messen.

Entstehung und Massenhaushalt

Gletscher entstehen dort, wo langfristig niedrige Temperaturen herrschen und mehr Schnee fällt, als abtauen kann. Die Höhenlinie, oberhalb der im langjährigen Mittel mehr Schnee liegen bleibt als abschmilzt, heißt klimatische Schneegrenze. Durch Lage, Beschattung oder starke Sonneneinstrahlung kann sie lokal um mehrere hundert Meter abweichen; dann spricht man von der orografischen Schneegrenze.

Die Ansammlung von Schnee heißt Akkumulation. Der Entstehungsbereich eines Gletschers wird Akkumulationsgebiet oder Nährgebiet genannt. Wenn die Schneemasse mächtig genug ist, werden tiefere Schichten durch das Gewicht der darüberliegenden Schichten zusammengepresst. Dabei wandelt sich Schnee durch Metamorphose zu Gletschereis um. Im Neuschnee machen Luftporen noch etwa 90 % des Volumens aus, im Gletschereis kann der Luftanteil auf etwa 2 % sinken. Solches Eis wirkt oft bläulich, seltener leicht grünlich. Aus 10 m Neuschnee mit einer Dichte von 0,1 g/cm³ entstehen etwa 1,10 m Gletschereis mit einer Dichte von 0,9 g/cm³; das entspricht einer Wassersäule von 1 m.

Die Gleichgewichtslinie ist die Grenze zwischen Nährgebiet und Zehrgebiet. Oberhalb entsteht mehr Eis, als verloren geht; unterhalb ist der Verlust durch Ablation größer als der Zuwachs. Ablation bedeutet Massenverlust, vor allem durch Schmelzen. Schmelzwasser kann an der Oberfläche oder am Grund abfließen, oft durch ein Gletschertor an der Gletscherzunge. Wenn Wasser unter dem Eis gestaut wird, kann ein verborgener Gletschersee entstehen, eine sogenannte Wassertasche. Besonders polare Gletscher verlieren außerdem Masse durch Sublimation, also den direkten Übergang von festem Eis in Wasserdampf. Auch Abkalben an Küsten oder Eisabbrüche an steilen Felskanten können Masseverlust verursachen.

Bewegung und Formen im Eis

Nur bewegte Eismassen werden als Gletscher bezeichnet; treibendes Eis wie Eisberge oder Packeis gehört nicht dazu. Die Bewegung erfolgt vor allem durch Eisfließen und basales Gleiten. Beim Eisfließen wird Druck aus höher liegenden Gletscherteilen durch Verformung des Eises abgebaut. Die Oberfläche bewegt sich meist schneller als die Sohle, und die Mitte schneller als die Ränder, weil Eis am Untergrund oder an den Flanken festfrieren kann.

Basales Gleiten tritt vor allem bei temperierten Gletschern auf, deren Basis nahe am Druckschmelzpunkt liegt. Dort kann ein dünner Wasserfilm entstehen, auf dem das Eis gleitet. Der Schmelzpunkt von Eis sinkt durch zunehmenden Druck pro 100 m auflastendem Eis um etwa 0,07 °C; bei einem 500 m dicken temperierten Gletscher liegt er an der Basis bei etwa −0,35 °C.

Durch Bewegung und Spannungen entstehen typische Oberflächenformen. Querspalten zeigen Längsdehnung an, wenn der vordere Teil eines Gletschers schneller fließt als der hintere. Längsspalten entstehen durch Querdehnung, etwa wenn ein Gletscher aus einem engen Tal in eine breite Ebene austritt. Séracs sind Eistürme, die oft dort entstehen, wo Längs- und Querspalten zusammenwirken. Ogiven sind regelmäßige helle und dunkle Bänder quer zur Fließrichtung, die unterhalb mancher Eisbrüche auftreten. Ihre Bogenform entsteht, weil der Gletscher in der Mitte schneller fließt als an den Rändern. Ein Eissturz ist der Abbruch größerer Eisstücke; das abgebrochene Eis heißt Sturzeis.

Gletschertypen

Gletscher werden nach Entstehung, Lage, Form und thermischen Eigenschaften unterschieden. Talgletscher besitzen ein deutlich begrenztes Einzugsgebiet und bewegen sich talwärts; sie sind der bekannteste Gebirgsgletschertyp, obwohl sie nur etwa ein Prozent der vergletscherten Gebiete der Erde ausmachen. Beispiele im Artikel sind der Aletschgletscher, der Fedtschenko-Gletscher im Pamir, der Kahiltnagletscher in Alaska und der Baltoro-Gletscher im Karakorum.

Auslassgletscher entstehen am Rand von Eiskappen oder Eisschilden, wenn Eis durch schmale, vom Relief vorgegebene Auslässe fließt. Eisströme sind Bereiche innerhalb von Eisschilden, die deutlich schneller fließen als das umgebende Eis. Ein Eisstromnetz entsteht, wenn Talgletscher so stark anwachsen, dass Eis über Talscheiden hinwegfließt. Inlandeis oder Eisschilde sind die größten Gletscherflächen, etwa in Grönland und der Antarktis; manche Wissenschaftler grenzen sie wegen ihrer Größe von kleineren Gletschern ab.

Weitere Formen sind Hanggletscher, Hängegletscher, Kargletscher, Lawinengletscher, Piedmont- oder Vorlandgletscher sowie Plateaugletscher oder Eiskappen. Ein Blockgletscher ist trotz seines Namens kein Gletscher, weil er nicht aus Schnee entsteht, sondern aus mit Eis vermischtem Schutt und Felsblöcken; er gehört zu Erscheinungen des Permafrostes.

Nach der Temperatur unterscheidet man temperierte Gletscher, deren Eis überall am Druckschmelzpunkt liegt, kalte Gletscher, deren Eis deutlich darunter liegt, und polythermische Gletscher, die sowohl temperierte als auch kalte Bereiche besitzen.

Landschaft, Klima und Wasser

Gletscher formen Landschaften durch Erosion und Ablagerung. Im Eis mitgeführtes Material kann den Felsuntergrund schleifen oder zerkratzen. Feines Material wirkt wie Schleifpapier; größere Steine erzeugen Gletscherschrammen. Bei Hindernissen im Untergrund kann an der dem Eis zugewandten Seite durch Detersion eine geglättete Form entstehen, während an der abgewandten Seite durch Detraktion Fels herausgebrochen wird. So entstehen Rundhöcker. Gletscher formen außerdem U-förmige Trogtäler, im Gegensatz zu den von Flüssen geformten V-förmigen Kerbtälern.

Das vom Gletscher transportierte Material heißt Moräne. Es kann Ton, Sand und große Blöcke umfassen. Je nach Lage unterscheidet man Ober-, Seiten-, Mittel-, Innen-, Unter- und Endmoränen. In Nordmitteleuropa und im Alpenvorland hinterließen eiszeitliche Gletscher die Glaziale Serie mit Grundmoräne, Endmoräne, Sander und, nur in Norddeutschland, Urstromtal. Weitere Formen sind Findlinge, Drumlins, glaziale Rinnen, Oser und Kames.

Gletscher beeinflussen das Klima vor allem durch ihre hohe Albedo und ihre Funktion als Wasserspeicher. Eine helle Gletscheroberfläche reflektiert nahezu 90 % des einfallenden Sonnenlichts, solange sie nicht ausgeapert oder von Kryokonit bedeckt ist. Gleichzeitig entziehen Gletscher Wasser dem Kreislauf, indem sie es als Eis speichern. In den Kaltzeiten sank der Meeresspiegel durch das Binden von Wasser auf Landflächen um bis zu 150 m. Wenn die heute noch vorhandenen Eismassen abschmelzen würden, stiege der Meeresspiegel um weitere 60 bis 70 m. Prognosen zum Meeresspiegelanstieg durch globale Erwärmung unterscheiden sich, besonders bedroht wären sehr tief liegende Länder wie Bangladesch und Depressionsgebiete in den Niederlanden.

Gletscher sind zugleich selbst empfindliche Klimaindikatoren. Ihre Länge kann durch Fließgeschwindigkeit verzögert oder vorübergehend uneindeutig reagieren, aussagekräftiger ist deshalb die Massenbilanz, also die Differenz zwischen neu gebildetem und abgeschmolzenem Eis. Seit Beginn der Industrialisierung kommt es infolge der globalen Erwärmung weltweit zu starker Gletscherschmelze.

Nutzung, Forschung, Gefahren und Daten

Gletscher sind für Menschen Wasserreserven, Tourismusziele, Forschungsarchive und Gefahrenräume. Sie dienen etwa einem Drittel der Weltbevölkerung zur Wasserversorgung. In trockenen Sommerzeiten speisen sie Flüsse und wirken ausgleichend auf Wasserstände, etwa beim Rhein. In trockenen Gebirgsregionen des Pamir und Karakorum werden Talböden und Hänge fast ausschließlich mit Gletscherwasser bewässert; auch in trockenen Alpentälern wie Vinschgau und Wallis gibt es Kanäle für Gletscherwasser. Früher wurde Gletschereis vor der allgemeinen Verbreitung von Kühlanlagen abgebaut und exportiert, heute sind Gletscher vor allem für Tourismus und Wintersport wichtig.

Gletscher sind nicht unbelebte Flächen. Sie bilden den Lebensraum Kryal. Dort leben angepasste Mikroorganismen sowie Schneealgen, Gletscherflöhe, Zuckmückenlarven und sogenannte Eiswürmer. In Kryokonit-Löchern können Algen, Bakterien und wirbellose Tiere wie Bärtierchen und Rädertierchen vorkommen.

Für die Forschung sind Gletscher wichtige Archive. Eisbohrkerne enthalten Informationen zur Klimageschichte: Beim Greenland Ice Core Project wurde bis 3029 m Tiefe gebohrt, wo das Eis mehr als 200.000 Jahre alt ist; im European Project for Ice Coring in Antarctica wurde sogar 900.000 Jahre altes Eis erbohrt. Auch Gletscherholz, also im Eis eingeschlossene Baumreste, kann durch Jahresringe ausgewertet werden. In der Archäologie geben ausapernde Gletscher Gegenstände frei, die im Eis eingeschlossen waren. Ein bekanntes Beispiel ist Ötzi, der in einer etwa 40 m langen, 2,5–3 m tiefen und 5–8 m breiten Felsmulde lag, über die sich über 5300 Jahre lang ein Gletscher bewegte.

Gefahren entstehen durch Gletscherrückgang, instabile Moränen und Felswände, Gletscherhochwasser, Eisstürze, Gletscherbrüche, Gletscherspalten und subglaziale Vulkanausbrüche. Plötzliche Entleerungen von Eisstauseen oder Wassertaschen können verheerende Flutwellen auslösen; in Island nennt man solche Ausbrüche Gletscherlauf. Gletscherspalten können bis zu Dutzende Meter tief sein und unter Schneebrücken verborgen liegen.

Zurzeit sind 15 Millionen km² der festen Erdoberfläche von Gletschereis bedeckt, etwa 10 % aller Landflächen; während der letzten Kaltzeit waren es 32 %. Der größte Gletscher der Erde ohne Inlandeis ist der Lambert-Gletscher in der Antarktis. Der größte außerpolare Gebirgsgletscher ist der Malaspina in Alaska mit 4275 km². Der größte und längste Alpengletscher ist der Aletschgletscher mit 117,6 km² Fläche und 23,6 km Länge. Alpen-Gletscher bewegen sich bis zu 150 m pro Jahr, Himalaya-Gletscher bis zu 1500 m pro Jahr, und Auslassgletscher Grönlands bis zu 10 km pro Jahr.