mini|hochkant=1.5|Permafrostboden mit Eiskeil
Permafrost bezeichnet in den Geowissenschaften einen Untergrund, dessen Temperatur für mindestens zwei Jahre ununterbrochen (perennierend) unter 0 °C bzw. dem lokalen Gefrierpunkt liegt. Bei dem Untergrund kann es sich um Boden, Lockergestein oder Festgestein handeln. Permafrost tritt abhängig von den klimatischen Bedingungen mit unterschiedlicher Mächtigkeit und Tiefe auf; er kann mehrere hundert Meter tief reichen und besitzt dann meist ein Alter von vielen tausend Jahren. Die größte Ausdehnung hat Permafrost unter den Eisschilden und in den Kältewüsten der beiden Polargebiete sowie in den angrenzenden hochkontinentalen Klimaten der (nördlichen) borealen Zone. Dort kann der Boden über dem Permafrost im Sommer auftauen (siehe Auftauboden). Weitere großflächige Bereiche befinden sich in der Massenerhebung Hochasiens.
Der Permafrostboden (auch Dauerfrostboden)Der Ausdruck Dauerfrostboden wird synonym zu Permafrostboden verwendet, und auch zu Permafrost, womit dann nicht Böden im bodenkundlichen Sinn gemeint sind; vergleiche hierzu Eintrag Permafrost im Lexikon der Geographie auf Spektrum.de. ist eine der wichtigsten Kohlenstoffsenken der Erde. Das großräumige Auftauen von Permafrost im Rahmen der globalen Erwärmung gilt als eines der bedeutendsten Kippelemente im Klimawandel.
Wortherkunft Der Ausdruck Permafrost im Sinne von „permanenter Frost“ geht zurück auf den in Russland geborenen US-amerikanischen Geologen und Paläontologen Siemon Muller (1900–1970),Benamin Page, Norman Silberling, Myra Keen: Memorial to Siemon W. Muller (1900–1970). Nachruf der Abteilung für Geologie der Stanford University, 1970 (PDF; 889 kB, englisch). der damit den im Russischen für dauergefrorenen Boden der Tundra verwendeten Ausdruck вечная мерзлота („ewiger Frost“) übersetzte, als er 1943Louis L. Ray: Permafrost. U.S. Department of the Interior / U.S. Geological Surveying (PDF; 5,1 MB), S. 6 (englisch). während des Zweiten Weltkrieges dem US-Militär diente. Seine 1947 erschienene Abhandlung Permafrost or Permanently Frozen Ground and Related Engineering Problems (231 Seiten) war das erste englischsprachige Buch zum Thema auf dem Markt; ein aktualisiertes und überarbeitetes Manuskript wurde erst 2008 veröffentlicht.Jerry Brown: Frozen In Time: Permafrost and Engineering Problems. By Simon Wm. Muller, edited by Hugh M. French, and Frederick E. Nelson. In: Arctic, Antarctic, and Alpin Research. Band 42, Nr. 4, 2010, S. 498; doi:10.1657/1938-4246-42.4.498a. Obgleich die Beschreibung perennial („ganzjährig“) anstelle von permanent („fortdauernd“) anfangs mehr Anklang gefunden hatte,Louis L. Ray: Perennially frozen ground, an environmental factor in Alaska. In: 17th Internat. Geog. Cong. and 8th Gen. Assembly, Washington, D.C. 1956, S. 260–264. etablierte sich im Folgenden Permafrost als Begriffsbenennung.
Geschichte der Permafrostforschung Erste Forschungsarbeiten Die Erforschung des Dauerfrostbodens hat in Russland ihren Anfang genommen. Der Ausdruck für „unvergänglich gefrorenen“ Boden tauchte schon Mitte des 19. Jahrhunderts in einem wissenschaftlichen Lexikon auf.Siehe Tony Wood: Tauwetter. (Übersetzt von Niels Kadritzke). In Le Monde diplomatique vom 12. November 2010, 2017; abgerufen am 21. Dezember 2021.
Im Jahr 1843 hat Karl Ernst von Baer unter dem Titel Materialien zur Kenntnis des unvergänglichen Boden-Eises in Sibirien die weltweit erste Dauerfrostbodenkunde verfasst. Schon 1842/43 lag ein druckfertiges Typoskript mit 218 Seiten und einer Permafrostkarte Eurasiens vor. Die Arbeit blieb jedoch rund 150 Jahre lang verschollen. Die Entdeckung und kommentierte Veröffentlichung des 1843 fertiggestellten Typoskripts im Jahr 2001 war eine wissenschaftliche Sensation. Das Werk bietet eine faszinierende Lektüre, denn sowohl Baers Beobachtungen zur Permafrostverbreitung als auch seine periglazialmorphologischen Beschreibungen stimmen weitgehend noch heute.Karl Ernst von Baer, 1843: Materialien zur Kenntnis des unvergänglichen Boden-Eises in Sibirien. Kommentierte Veröffentlichung von 2001. Volltext, 316 Seiten. Eine zentrale Person der Permafrostforschung war Michail Sumgin, der ab 1911 die Geokryologie in der Sowjetunion begründete.
Polarer Permafrost mini|Der CREEL Permafrosttunnel bei Fairbanks (Alaska) dient der Erforschung der verschiedenen Bodeneisformen und kann auch touristisch besichtigt werden
Die Permafrostforschung gewann nach dem Zweiten Weltkrieg als Folge des Kalten Krieges stark an Bedeutung. Entlang der Nordküste von Alaska und durch den kanadischen Archipel hindurch bis nach Grönland wurde in den 1950er Jahren eine Kette von mehr als 30 Radarstationen auf Permafrost gebaut, die Distant Early Warning Line. Die dazu notwendige Grundlagenforschung wurde vom Cold Regions Research and Engineering Laboratory (CRREL) des United States Army Corps of Engineers koordiniert und finanziert. Dadurch standen der Permafrostforschung große finanzielle und logistische Ressourcen zur Verfügung. In der Sowjetunion übernahm die Akademie der Wissenschaften der UdSSR diese Forschungsaufgaben.
Großes wissenschaftliches Interesse erregten seit den 1950er Jahren die Pionierarbeiten von J. Ross Mackay (1915–2014) über Pingos und Eiskeile im Delta des Mackenzie River. Er betrieb seine innovativen Projekte rund 50 Jahre lang. Der Untersuchungsraum ist zudem ein Gebiet mit einem großen Potential für Erdöl und Erdgas, was auch die angewandte Forschung begünstigte.
Große Wissensfortschritte über polaren Permafrost brachten Arbeiten vor dem Bau der Trans-Alaska-Pipeline von Prudhoe Bay nach Valdez 1974 bis 1977. Wegen des Permafrostbodens musste fast die Hälfte der 1287 km langen Pipeline auf Stelzen gebaut werden. Das Alaskaöl hat einen hohen Wachsgehalt und muss deshalb bei 70 bis 80 Grad Celsius transportiert werden. Über 10.000 Pipelinestützen stehen in Löchern, die in den Permafrostboden gebohrt wurden. Auswertungen der Bohrprotokolle brachten Erkenntnisse, die auch zum Bau der die Pipeline begleitenden anderen Bauwerke (Straßen, Pumpstationen, Brücken) im Permafrost notwendig waren. Ein Forschungszentrum für Permafrost befindet sich noch heute an der University of Alaska Fairbanks (UAF). In der Stadt Fairbanks sind häufig Baumaßnahmen zu sehen, die auf den unter der Stadt vorkommenden Dauerfrostboden hinweisen (Gebäude auf Stützen, Wärmepumpen).
Ein viel beachtetes Projekt wurde 1959 von Fritz Müller auf Axel Heiberg Island in der extremen kanadischen Arktis begonnen. Die 1959 errichtete Forschungsstation (McGill Arctic Research Stationsiehe auch :en:McGill Arctic Research Station). wird auch heute noch betrieben.www.mcgill.ca: Field stations . Sie ermöglichte zahlreiche Pionierarbeiten, so eine bedeutende glaziologische Massenbilanzreihe an einem arktischen Gletscher (White Glacier) und die langjährige Vermessung einer aktiven arktischen Stauchmoräne am vorstoßenden Thompson Glacier. Die Arbeiten wurden an der McGill University begonnen und von Fritz Müller (1926–1980) an der ETH Zürich weitergeführt. Sie gaben Anlass zu Folgearbeiten auf Ellesmere Island und Ward Hunt Island durch Wissenschaftler der Universität Heidelberg, später an der JLU Gießen. Wissenschaftler erforschten in den Jahren 1975 bis 1990 auf teils langen Expeditionen einige bis dahin unerforschte Permafrostgebiete der kanadischen Arktis. Dietrich Barsch, Lorenz King (Hrsg.): Ergebnisse der Heidelberg-Ellesmere Island-Expedition. Heidelberger Geographische Arbeiten. Band 69, 1981, 573 Seiten.
Alpiner Permafrost (Gebirgspermafrost) mini|Video: Warum ist Permafrost wichtig?
Der Begriff alpiner Permafrost wird in der wissenschaftlichen Literatur für Permafrost in allen Gebirgen der Erde verwendet, in welchen die klimatischen Bedingungen die Entstehung und den Erhalt von Permafrost ermöglichen. Alpiner Permafrost gibt es somit in Skandinavien, in Nord- und Südamerika, im Kaukasus, im Tien Shan und vielen andern Gebirgen der Erde.
In Europa haben die Alpenländer durch die in Gebirgsräumen lebensnotwendige Katastrophenvorsorge langjährige Erfahrung mit Gefahren durch Permafrost und Schnee. Das Interesse an periglazialen Prozessen und deren Beziehung zum Permafrost führte insbesondere in der Schweiz, in Frankreich und Österreich schon seit den 1970er-Jahren zu Bewegungsmessungen an Blockgletschern, die definitionsgemäß Objekte im alpinen Permafrost sind. An der Universität Basel beobachtete beispielsweise der Geomorphologe Dietrich Barsch die Bewegung von Blockgletschern im Engadin. Sein Schüler Wilfried Haeberli führte an der Universität Zürich die Untersuchungen fort und erarbeitete allgemein gültige Gesetzmäßigkeiten für das Vorkommens von alpinem Dauerfrostboden. In Zürich widmete sich auch der Geomorphologe Gerhard Furrer der Beziehung zwischen Permafrost und Solifluktion in den Schweizer Alpen und auf Spitzbergen. Die vielseitigen Ergebnisse der Schweizer Forschung überzeugten die IPA, die Internationale Permafrostkonferenz (ICOP) im Jahr 2003 an der ETH-Zürich stattfinden zu lassen. Über 200 Teilnehmer aus 24 Ländern nahmen daran teil, ebenso an den Exkursionen zu den untersuchten Forschungsobjekten im Alpenraum. An der Konferenz stießen geotechnische Fragen bei Bauwerken und deren Stabilität bei Rutschungen durch schmelzenden Permafrost auf großes Interesse. Sarah Springman konnte die von ihr geleiteten Bohr- und Überwachungskampagnen auf Blockgletschern vorstellen. Das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF nimmt ebenfalls eine Führungsrolle ein und widmet sich mit seiner „Forschungseinheit Schnee und Permafrost“ seit vielen Jahren Sicherheitsfragen bei Folgen der globalen Klimaerwärmung. Seit dem Jahr 2000 dokumentiert das Permafrost Monitoring Network Switzerland (Permos) den Zustand und die Veränderung des Permafrosts in den Schweizer Alpen.
mini|Warnung vor Steinschlag aufgrund von auftauendem Permafrost beim Aletschgletscher
Permafrostforschung im alpinen Raum ist heute ein Standardthema an vielen Instituten für Geographie, so in Deutschland z. B. an der TU München mit einem Lehrstuhl für Hangbewegungen, in der Schweiz an der Université de Fribourg, in Österreich an der Universität Graz und der Universität Wien. In der Lehre wie der Forschung sind Bergstürze Musterbeispiele für mögliche katastrophale Folgen der Klimaerwärmung in Permafrostgebieten. Durch den auftauenden Gebirgspermafrost entstehen erhebliche Gefahren, denn auch im Fels können feine Gesteinsklüfte Eis enthalten, dessen Auftauen zu Bergstürzen in steilen Felswänden führen kann. Sehr genau untersucht wurden der Bergsturz von Randa VS 1991, und der Bergsturz von Bondo mit mehreren Ereignissen im Jahr 2017.
Internationale Fachkonferenzen Die International Conferences On Permafrost (ICOP) dienen seit 1963 dem globalen wissenschaftlichen Austausch zwischen Permafrostforschern. Die Initiative dazu ging Anfang der 60er-Jahre von US-amerikanischen, kanadischen und sowjetischen Wissenschaftlern aus, mit dem Vorsatz, diese Tagungen alle fünf Jahre stattfinden zu lassen. Das große Interesse und die jeweils umfangreichen wissenschaftlichen Veröffentlichungen der Konferenzen führten 1983 an der 4. ICOP in Fairbanks (Alaska) die über 850 Teilnehmer dazu, die International Permafrost Association (IPA) zu gründen.Website der International Permafrost Association. In ihr sind derzeit 27 Länder vertreten, in denen intensiv über Permafrost geforscht wird. Infolge der recht großen Zahl an Forschern im alpinen Permafrost und deren beachtenswerten Forschungsergebnissen gehörten schon 1983 auch die Alpenländer Schweiz, Frankreich, Deutschland und Italien zu den 24 Gründungsmitgliedern der IPA.