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Schmelzender Permafrost hat eine neue Art großer Erdrutsche hervorgebracht
Wenn Permafrost taut, wird der Boden meist zuerst an der Oberfläche instabil. In Nordkanada haben sich jedoch ganze Frostbodenschichten vom Untergrund gelöst und binnen kurzer Zeit Millionen Kubikmeter Material talwärts bewegt. Die neue Rutschungsart könnte eine Spätfolge früherer Waldbrände und zunehmender Erwärmung sein, wie eine Untersuchung zweier Großereignisse nahelegt.
Edmonton (Kanada). Permafrost bezeichnet Boden oder Gestein, das mindestens zwei Jahre in Folge gefroren bleibt. Der dauerhaft gefrorene Untergrund kann den Zusammenhalt von Hängen sichern, weil Eis in Poren und Zwischenräumen die Bodenpartikel verbindet. Mit steigenden Temperaturen wird diese Stabilität zunehmend gefährdet.
Bislang standen vor allem Rutschungen im Mittelpunkt, bei denen oberflächennahe Eis- und Bodenschichten auftauen und als Schlamm abfließen. Die jüngst beschriebenen Hangabbrüche unterscheiden sich davon, denn große Mengen noch gefrorenen Materials wurden als zusammenhängende Blöcke in tiefer gelegene Täler transportiert. Damit geraten auch neue Warnzeichen für solche Prozesse in den Blick.
Forscher der University of Alberta (U of A) um Joseph M. Young haben zwei ungewöhnliche Hangrutschungen im zentralen Mackenzie-Tal in den kanadischen Nordwest-Territorien rekonstruiert. Die erste ereignete sich 2017 am Johnson River, die zweite 2018 am Redstone River. Aus Satellitenbildern, Drohnenaufnahmen und Geländemessungen bestimmten sie die Formen der Abbrüche und die bewegten Erdmassen.
Am Johnson River wurden rund 18 Millionen Kubikmeter Material in Bewegung gesetzt, am Redstone River etwa 4,5 Millionen Kubikmeter. Die größere Rutschung hinterließ eine bis zu 3,2 Kilometer lange Narbe, und beide Ereignisse versperrten Flussläufe, sodass sich neue Seen bildeten. In den Ablagerungen lagen weiterhin gefrorene Erdblöcke, einige davon bis zu 200 Meter lang.
Elektrische Widerstandsmessungen zeigen, dass die Permafrostschicht am Redstone River etwa 20 Meter mächtig ist. Am Johnson River deutet die Kombination aus freigelegten Bodenschichten und geophysikalischen Messmodellen auf etwa 18 Meter hin. In diesem Tiefenbereich lagen auch die Gleitflächen, auf denen die gefrorenen Massen talwärts rutschten.
Damit weist die Untersuchung auf einen anderen Ablauf hin als bei gewöhnlichen Auftaurutschungen. Statt lediglich an der Oberfläche aufzutauen, kann die zusammenhängende Frostschicht an ihrer Unterseite den Halt verlieren und auf einer geschwächten Zone abrutschen. Kleine Bewegungen können zuerst Risse erzeugen, durch die Wasser tiefer in den Hang gelangt und das Auftauen weiter beschleunigt.
In beiden untersuchten Gebieten hatten 1995 schwere Waldbrände die schützende Vegetationsdecke beschädigt. Zugleich erwärmte sich der regionale Permafrost von 1980 bis 2020 um ungefähr 0,3 Grad Celsius pro Jahrzehnt. Die Veränderungen an der Oberfläche könnten über viele Jahre Wärme in die Tiefe geleitet und dort Bodeneis geschmolzen haben.
Um diese zeitliche Verzögerung zu prüfen, simulierte das Team den Wärmetransport durch eine rund 25 Meter dicke Bodenschicht. Dem Modell zufolge können sich Brandfolgen am unteren Rand des Permafrosts erst nach etwa zwei Jahrzehnten bemerkbar machen, was zeitlich zu den späteren Rutschungen passt. Die Simulation belegt damit die physikalische Plausibilität des Ablaufs, erfasst aber nicht alle örtlichen Prozesse und den zusätzlichen Wärmetransport durch eindringendes Wasser.
Schon Jahre vor dem plötzlichen Abgang bewegten sich Teile des Hangs am Johnson River mit Geschwindigkeiten von etwa 10 bis 30 Metern jährlich. Auf Satellitenbildern waren wachsende Risse und talwärts wandernde Wasserflächen zu erkennen, bevor die gefrorenen Blöcke schließlich ins Tal glitten. Eine frühere Bestandsaufnahme erfasste zwischen 2004 und 2020 insgesamt 156 tiefgründige Hangbewegungen in der Region, ohne damit jeden Einzelfall derselben neuen Rutschungsart zuzuordnen.