Periglazial

Bedeutung und Abgrenzung

Periglazial bezeichnet in physischer Geographie und Geologie die landschaftsprägende Wirkung von Frost sowie begleitende geomorphologische Prozesse mit Schnee, fließendem Wasser und Wind. Gemeint sind vor allem unvergletscherte Gebiete, in denen Bodeneis permanent, saisonal oder täglich gefriert und wieder auftaut. Die Frostwirkung muss so intensiv sein, dass sie in der Landschaft nachweisbar ist.

Der Begriff wurde 1909 von Lozinski für Prozesse und Oberflächenformen nahe bei Gletschern geprägt. Diese räumliche Bindung gilt heute nicht mehr: Frostgeprägte Gebiete können weit von heutiger oder früherer Vergletscherung entfernt liegen, etwa in Zentralsibirien. Entscheidend sind Frost-Tau-Zyklen im Bodeneis. Die in den 1960er Jahren von Tricart, Cailleux und Péwé vertretene Bindung an Permafrost wird fachwissenschaftlich heute abgelehnt, weil Gelifluktion und Kryoturbation auch ohne Permafrost vorkommen.

Heute wird Periglazial mehrheitlich über mindestens diese beiden Prozesse abgegrenzt. Das ist prozessbezogen sinnvoll, erschwert aber die genaue Grenzziehung: Dafür wären aufwändige Prozessmessungen nötig, und bei vielen Formen ist unklar, ob sie gegenwärtig oder unter früheren periglazialen Bedingungen entstanden sind. Für die unmittelbare Gletscherumgebung wurde „Paraglazial“ vorgeschlagen; durchgesetzt hat sich der Begriff kaum.

Voraussetzungen und Klima

Temperatur allein entscheidet nicht darüber, ob periglaziale Prozesse eine Landschaft prägen. Wichtig sind außerdem Bodenfeuchtigkeit, Gesteinslithologie, also Art und Eigenschaften des Gesteins, Bodentextur und die Verbreitung von Gestein in Regolithgröße. Regolith ist lockeres, verwittertes Gesteinsmaterial an oder nahe der Erdoberfläche.

Luft- und Bodentemperaturwechsel dienen oft als leicht messbare Stellvertretergrößen. Die eigentlichen Kenngrößen sind jedoch Bildung, Vorhandensein und Schmelzen von Bodeneis. Diese lassen sich nicht mit einem einfachen Temperaturgrenzwert bestimmen. Erst bestimmte Bodeneigenschaften übertragen die Wirkung von Frostwechseln in periglaziale Prozesse.

Auch Periglazialklimate lassen sich deshalb nicht durch exakte einzelne Messwerte für den gesamten Periglazialraum definieren. Neben Temperatur wirken unter anderem Schneebedeckung und Wasserhaushalt mit azonalen Einflüssen wie Relief und Substrat zusammen. Karte unternahm 1979 einen Typisierungsversuch anhand zonaler Lage, Kontinentalität und Höhenlage, verbunden mit klimatischen Grenzwerten.

Prozesse der Frostlandschaft

Kennzeichnend ist ein permanent oder jahreszeitlich gefrorener Unterboden. Im Sommer taut der Oberboden als Auftauboden auf. Dadurch wird er anfällig für fluviale Erosion durch Wasser, Massenselbstbewegungen und bei größerer Trockenheit für Deflation, also Ausblasung durch Wind. Diese Vorgänge erzeugen typische Sedimente und Formen.

Auf flachem Relief wirken Prozesse mit keiner oder nur kleinräumiger Substratverlagerung: Frostverwitterung; Kryoturbation durch Frosthub, also Durchmischung und Verformung des Bodens; Tieffrostschwund im Permafrostboden mit Volumenverlusten bei Eistemperaturen unter etwa −20 °C; sowie Thermokarst, der mit dem Auftauen von Bodeneis verbunden ist.

Bei Eisintrusion reicht das Porenvolumen eines Sediments nicht mehr aus, um das beim Gefrieren größere Eisvolumen aufzunehmen. Es entstehen Eislinsen oder Eisschichten, deren Wachstum Frostschub und Froststauchung im umgebenden Material verursacht. Bei starker und besonders nachhaltiger Wasserzufuhr können Großformen wie Pingos entstehen. Segregationseis bildet sich, wenn Porenwasser hygroskopisch zur Gefrierfront wandert und dort Eislinsen oder -lagen bildet; dies verstärkt die Wirkungen der Eisintrusion.

An Hängen, am Hangfuß oder auf vegetationsfreien, dem Wind ausgesetzten Flächen verlagert sich Material stärker. Dazu gehören Gelifluktion, Nivation, Lawinenabgang, periglaziale Spüldenudation und Deflation. Gelifluktion ist das langsame Fließen wassergesättigten Bodens oder Lockermaterials über gefrorenem Untergrund.

Formen und Sedimente

Periglaziale Formen im engeren Sinn sind eng an mindestens saisonalen Bodenfrost oder meist an Permafrost gebunden. Zu den frostgebundenen Formen zählen Frostmusterboden, Taschenboden, Nivationsnischen und Schneehaldenmoränen. Ein Thufur ist ein meist rundlicher Hügel von bis zu 2 m Durchmesser und ½ m Höhe; er besitzt in der Regel einen Kern aus Segregationseis, der das darüber liegende Material aufwölbt. Nivationsnischen entstehen dort, wo länger liegende Schneehalden die Nivation fördern. Eine Schneehaldenmoräne oder ein Protalus Rampart ist eine besondere Blockhalde: Material stürzt von einer Wand, lagert sich im Winter zunächst entfernt davon ab und rollt dann über eine Schneehalde über den Wandfuß hinaus.

Üblicherweise mit Permafrost verbunden sind Pingo, Palsa, Blockgletscher und Eiskeile. Polygonale Eiskeilnetze können als Oberflächenform sichtbar sein. Frostmuster- und Taschenböden gelten bei Größen über 60 cm als Permafrostphänomene.

Im weiteren Sinn zählen auch Formen dazu, die unter anderen Bedingungen möglich sind, in Periglazialgebieten aber gehäuft auftreten: Hangdellen, asymmetrische Täler, Dünen, Lößdecken und Windkanter. Hangdellen sind meist kleine, muldenartige Tälchen, die Schneeschmelzwasser in Hänge eingetieft hat. Asymmetrische Täler haben einen steilen und einen flacheren Talhang; eine Erklärung ist die Unterspülung des steileren Hangs durch einen durch Wind abgedrängten Stromstrich, die aber nicht alle Fälle erklärt.

Talterrassen der Mittelbreiten entstanden weitgehend klimatisch gesteuert. Zu Beginn einer Kaltzeit führen noch ergiebige Feuchtigkeitsquellen und gestörte Vegetation zu starken, zeitlich konzentrierten Schmelzwasserabflüssen sowie Lateral- und Tiefenerosion. Bei sinkenden Abflussmengen nimmt Gelifluktion zu; Flüsse werden mit Sediment überlastet und können es nicht vollständig abtransportieren. Im Spätglazial schmilzt Permafrost, Flüsse schneiden sich erneut ein. Wiederholungen im Pleistozän erzeugten gestufte Talquerprofile als Wechsel von Eintiefung und Schotterakkumulation. Gletscherschmelzwasser kann dies unterstützen, ist aber nicht notwendig; kaltzeitliche Flüsse waren meist verzweigt und bildeten breite Talböden.

Zu den periglazialen Sedimenten gehören periglaziale Deckschichten beziehungsweise Lagen, die vor allem durch Gelifluktion entstehen und teils äolisches Sediment enthalten, außerdem Löss, Blockhalden, Flugsand, Spülsedimente und Schotterkörper der Flussterrassen. Ob Löss eindeutig periglazial ist, ist strittig. Eiskeile oder Froststauchungen können Sedimente überprägen und ihre Deutung als periglazial stützen.

Verbreitung heute und in Kaltzeiten

Periglazialgebiete sind Gebiete, in denen periglaziale Prozesse wirken. Sie liegen heute vor allem in Polar- und Subpolargebieten: in der Arktis, in Nordamerika, Nordasien und Nordskandinavien sowie in unvergletscherten Bereichen der Antarktis. Sie befinden sich überwiegend im kontinentalen Tundrenklima.

Alle Hochgebirge besitzen wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe eine periglaziale Höhenstufe: in den Tropen oberhalb von 4000 m ü. d. Meer, in mittleren Breiten wie den Alpen oberhalb von 2000 m ü. d. Meer. Zwischen Schneegrenze und Waldgrenze wird diese Stufe oft Solifluktionsstufe oder Periglazialstufe genannt. Wegen höherer Niederschläge und größerer Reliefenergie bildet sich dort besonders Bodenfließen aus. Auch Boden und Vegetation sind angepasst, etwa durch alpine Frost-Schuttvegetation und Schneetälchen-Gesellschaften.

Rund 25 % der Festlandfläche der Erde sind von Permafrost bedeckt; der Anteil der Periglazialgebiete ist noch größer. In den Kaltzeiten des Eiszeitalters reichten sie weiter äquatorwärts und schlossen beispielsweise ganz Mitteleuropa ein. Deshalb sind dort auch außerhalb der von Inlandeis bedeckten Gebiete periglaziale Formen und Ablagerungen weit verbreitet.