Quaternary Science Journal - Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral—Island, ihre klima...

Eiszeitalter

u.

Gegenwart

Band 25

Seite

157-165

Öhringen/Württ.,

31. Oktober

1974

Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral-Island, ihre klimatischen und edaphischen Bedingungen Von

EKKEHARD SCHUNKE, Göttingen

Mit 3 Abbildungen

Z u s a m m e n f a s s u n g . Frostspaltenmakropolygone gelten wie Pingos und Palsas als geo­ morphologische Indikatoren für ein extrem scharfes Frostklima kontinentaler Prägung. Unter die­ sem Gesichtspunkt werden die im Umkreis von Hofs- und Langjökull im westlichen Zentral-Island ausgebildeten Frostspaltenmakropolygone ( W e i t e : 15—35 m) untersucht, und zwar anhand einer Formen- und Verbreitungsanalyse sowie auf der Grundlage einer sedimentologischen Auswertung von Grabungsprofilen.

Bei den Frostspaltenmakropolygonen Zentral-Islands handelt es sich um subrezente Formen, für die sich mit Hilfe der Tephrochronologie vielfach eine Entstehung während der Kälteperiode des 16. bis 19. Jahrhunderts nachweisen läßt. Bemerkenswerterweise hat die Frostspaltenbildung seit den 6Cer Jahren dieses Jahrhunderts eine Wiederbelebung erfahren. Daraus, sowie aus weite­ ren periglazialmorphologischen Indizien, kann auf eine jüngste Verschärfung des Frostklimas in Zentral-Island geschlossen werden, die stellenweise auch zu einer Aggradation von Permafrost führt. Genauer faßbar ist diese jüngste Temperaturerniedrigung anhand von meteorologischen Daten, aus denen sich eine Erniedrigung der Jahresmitteltemperatur um 1.6°C bis 1.8°C gegen­ über der Normalperiode ablesen läßt. Dabei ist die winterliche Temperaturerniedrigung von 2.4°C bis 2 . 7 ° C erheblich größer als die sommerliche von 0.7°C bis 1.2°C. D a eine Temperaturerniedri­ gung in der genannten Größenordnung ausreicht, um eine Wiederbelebung der Frostspaltenbildung herbeizuführen, dürften die gegenwärtigen frostklimatischen Bedingungen in Zentral-Island die untere klimatische Existenzgrenze der Frostspaltenbildung darstellen.

S u m m a r y . Frost-crack macropolygons are, like pingos and palsas, regarded as a geomorpho­ logical indicator of an extremely hard continental frost climate. Under this aspect the frost-crack macropolygons (15—35 m in diameter) in the vicinity of the Hofs- and Langjökull in western central Iceland are studied. T h e investigation comprises an analysis o f the forms, their distribution, and their sedimentological composition.

The frost-crack macropolygons in central Iceland are subrecent forms. As proved in many cases by tephrochronological data they originated during the cold period from the 16th to the 19th century. I t is noteworthy that the formation o f frost-cracks was reactivated since the sixties of this century. This fact, together with other periglacial indications points to a recent aggravation of the frost climate in central Iceland. Consequently, this led to an aggradation o f permafrost at some places. The present temperature depression can be exactly determined by meteorological data: the mean annual temperature is 1.6—1.8°C lower than that o f the normal period. Moreover, the winterly temperature depression of about 2.4—2.7°C exceeds that of the summer which amounts to 0.7—1.2°C. As a temperature depression of such degree is sufficient to induce a reactivitation of frost-crack formation the present frost climatic conditions in central Iceland ob­ viously represent the lower climatic limit of frostcrack formation.

1.

Einführung

G r o ß e S p a l t e n p o l y g o n e im B o d e n , als d e r e n typische V e r t r e t e r die E i s k e i l - oder T u n ­ d r a p o l y g o n e ( „ i c e - w e d g e p o l y g o n s " ) d e r p o l a r e n P e r m a f r o s t b o d e n g e b i e t e gelten, sind durch A r b e i t e n v o n T H O R A R I N S S O N ( 1 9 5 4 , 1 9 6 4 ) , B O U T et a l . ( 1 9 5 5 ) , T H O R S T E I N S S O N ( 1 9 5 6 ) u n d F R I E D M A N et a l . ( 1 9 7 1 ) auch aus I s l a n d b e k a n n t g e w o r d e n . D a ß die sich zu g r o ß e n P o l y g o n e n a n o r d n e n d e n f r o s t b e d i n g t e n S p a l t e n b i l d u n g e n im B o d e n , die im f o l ­ genden als F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e z u s a m m e n g e f a ß t w e r d e n , u n t e r e i n e m nieder­ schlagsreichen, ozeanisch g e t ö n t e n F r o s t k l i m a wie d e m j e n i g e n Islands v o r k o m m e n , über­ rascht zunächst — i n s b e s o n d e r e deshalb, w e i l derartige F o r m e n im a l l g e m e i n e n I n d i k a -

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t o r e n für ein sehr strenges F r o s t r e g i m e k o n t i n e n t a l e r P r ä g u n g darstellen. B e i den F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e n I s l a n d s h a n d e l t es sich um s u b r e z e n t e F o r m e n .

D i e F r a g e s t e l l u n g der v o r l i e g e n d e n U n t e r s u c h u n g , die sich a u f in den J a h r e n 1 9 7 0 — 1 9 7 2 durchgeführte F e l d a r b e i t e n im westlichen Z e n t r a l - I s l a n d sowie a u f eine Luft­ b i l d a u s w e r t u n g g r ü n d e t , e r g i b t sich aus d e m g e g e n w ä r t i g e n W i e d e r a u f l e b e n der S p a l t e n ­ b i l d u n g u n d gilt im b e s o n d e r e n den klimatischen u n d edaphischen B e d i n g u n g e n der re­ zenten Frostspaltenbildung auf Island.

D a s U n t e r s u c h u n g s g e b i e t Z e n t r a l - I s l a n d ist ein durchschnittlich 5 0 0 — 7 0 0 m hohes H o c h p l a t e a u , aus d e m sich die I n l a n d e i s m a s s c n v o n H o f s - u n d L a n g j ö k u l l sowie z a h l r e i c h e G e b i r g s s t ö c k e u n d E i n z e l b e r g e erheben. D e r U n t e r g r u n d besteht aus B a s a l t e n m i t s e d i m e n t ä r e n Z w i s c h e n l a g e n u n d aus P a l a g o n i t e n . U b e r d e m Festgestein liegen bis zu ü b e r 2 0 m m ä c h t i g e g l a z i ä r e u n d glazifluviale S e d i m e n t e ( G r u n d m o r ä n e u n d S a n d e r ) .

D i e s e w e r d e n s t e l l e n w e i s e v o n k a l k f r e i e m S a n d l ö ß (isl.s „ m ö h e l l a " ) o d e r v o n v u l k a n o äolischen S e d i m e n t e n , die als T e p h r a b e z e i c h n e t w e r d e n , ü b e r l a g e r t . V e g e t a t i o n s a r e a l e tre­ t e n im wüstenhaften Z e n t r a l - I s l a n d n u r oasenhaft auf. D i e D o m i n a n z a r k t i s c h - a l p i n e r F l o r e n e l e m e n t e in der spärlichen V e g e t a t i o n zeigt, d a ß das z e n t r a l - i s l ä n d i s c h e H o c h l a n d dem Bereich des T u n d r e n k l i m a s z u z u r e c h n e n ist.

2. Die F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e Zentral-Islands und ihre V e r b r e i t u n g D i e folgende B e s t a n d s a u f n a h m e der F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e Z e n t r a l - I s l a n d s geht rein beschreibend v o m H a b i t u s dieser G r o ß f o r m e n f r o s t b e d i n g t e r B o d e n m u s t e r u n g aus u n d differenziert zwischen v e g e t a t i o n s b e d e c k t e n und v e g e t a t i o n s f r e i e n P o l y g o n e n .

D e r G e s t a l t nach k a n n zwischen t e t r a g o n a l e n u n d h e x a - bis p e n t a g o n a l e n S p a l ­ t e n s y s t e m e n unterschieden w e r d e n ; l e t z t e r e herrschen v o r . I n t e t r a g o n a l e n S y s t e m e n v e r ­ z w e i g e n sich die S p a l t e n r e c h t w i n k l i g ; in h e x a - bis p e n t a g o n a l e n S y s t e m e n treffen die S p a l t e n häufig im W i n k e l v o n r u n d 1 2 0 ° a u f e i n a n d e r . D i e F o r m der S p a l t e n v e r z w e i ­ gungen richtet sich nach d e m P l a s t i z i t ä t s z u s t a n d und der A b k ü h l u n g s g e s c h w i n d i g k e i t des v o n f r o s t b e d i n g t e r K o n t r a k t i o n betroffenen Substrates ( L A C H E N B R U C H 1 9 6 2 ) .

Abb. 1. Frostspaltenmakropolygone in glazifluvialem Substrat; Frostspalten mit Vegetationsbesatz.

Nyidalur (820 m), Tungnafell (25. 7. 1972).

Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral-Island

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Abb. 2. Grabungsprofil durch eine Frostspalte in vegetationsbedecktem Sandlöß. Die an der Boden­ oberfläche kerbförmige Spalte setzt sich im Substrat als verfüllter schmaler R i ß fort und durch­ stößt die liparitische Tephra „Hekla 3" (Alter: 2 9 0 0 Jahre). Am linken Bildrand sind zwei durch einen ungefrorenen Horizont getrennte Frostbodenlagen zu erkennen, die bei Aussparung des Spaltenbereiches die Polygonfelder unterlagern. — Fosskvisl (530 m), Holtamannaafrettur (20. 7. 1972).

D i e S p a l t e n selbst b e s i t z e n ein mulden- o d e r k e r b f ö r m i g e s Profil ( A b b . 2 ) . I m wüsten­ haften G r u n d m o r ä n e n b e r e i c h

siedelt in den S p a l t e n häufig V e g e t a t i o n ( A b b . 1 ) , o d e r die

S p a l t e n w e r d e n von g r ö ß e r e n S t e i n e n a u s g e k l e i d e t , so d a ß sich die S p a l t e n s y s t e m e deut­ lich v o n i h r e r U m g e b u n g a b h e b e n , die v o n e i n e m g l e i c h f ö r m i g e n S t e i n p a n z e r w i r d . D i e P o l y g o n f e l d e r s i n d im g l a z i f l u v i a l e n S u b s t r a t e b e n , im

überzogen

vegetationsbedeckten

S a n d l ö ß h i n g e g e n werden sie vielfach v o n T h ü f u r besetzt.

Die

D i m e n s i o n e n der P o l y g o n f e l d e r b e t r a g e n in der R e g e l 1 5 — 3 0 m. D i e T i e f e der

S p a l t e n beläuft sich bei P o l y g o n e n in der G r u n d m o r ä n e a u f 5 — 1 0 c m und bei im S a n d l ö ß angelegten F o r m e n auf 3 0 — 5 0 cm.

I n s g e s a m t gleichen die g r o ß e n S p a l t e n p o l y g o n e I s l a n d s in G e s t a l t und D i m e n s i o n w e i t ­ gehend den T u n d r a p o l y g o n e n

u n d w u r d e n d a h e r v o n T H O R A R I N S S O N ( 1 9 5 4 , 1 9 6 4 ) zu­

nächst als solche a n g e s p r o c h e n ; im einzelnen bestehen j e d o c h U n t e r s c h i e d e . A n d e r s als bei den S p a l t e n v i e l e r P o l y g o n s y s t e m e der H o c h a r k t i s fehlen in Z e n t r a l - I s l a n d die c h a r a k t e -

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ristischen w a l l f ö r m i g e n B o d e n a u f w ö l b u n g e n zu beiden S e i t e n der S p a l t e n . F e r n e r fehlen eine A u f w ö l b u n g oder E i n s e n k u n g der P o l y g o n f e l d e r , die v i e l e n S p a l t e n p o l y g o n e n der a r k t i ­ schen P e r m a f r o s t b o d e n g e b i e t e eigen ist. S o m i t deutet sich bereits im H a b i t u s der F r o s t ­ s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e I s l a n d s das F e h l e n v o n P e r m a f r o s t b o d e n an.

A u ß e r den geschlossenen P o l y g o n s y s t e m e n gibt es e i n z e l n a u f t r e t e n d e dreistrahlige S p a l t e n v e r z w e i g u n g e n , die den K n o t e n p u n k t e n h e x a g o n a l e r S p a l t e n s y s t e m e entsprechen.

D i e S p a l t e n laufen häufig u n t e r einem W i n k e l v o n 1 2 0 ° z u s a m m e n . D i e charakteristischen d r e i s t r a h l i g e n S p a l t e n v e r z w e i g u n g e n sind als I n i t i a l s t a d i u m v o n S p a l t e n p o l y g o n e n a n z u ­ sehen. D a s l ä ß t sich d a r a n e r k e n n e n , d a ß an P l ä t z e n m i t m e h r e r e n solcher V e r z w e i g u n ­ gen die S p a l t e n vielfach noch nicht zu geschlossenen P o l y g o n e n z u s a m m e n t r e t e n . D a sich a u ß e r d e m bei G r a b u n g e n in der V e r l ä n g e r u n g der S p a l t e n k e i n e s p a l t e n f ö r m i g e n I n h o m o ­ g e n i t ä t e n im S u b s t r a t feststellen ließen, k a n n ausgeschlossen w e r d e n , d a ß es sich bei den dreistrahligen Spaltenverzweigungen um R e l i k t e ehemals vollständiger Polygonsysteme handelt.

A u ß e r den an h o r i z o n t a l e s G e l ä n d e g e b u n d e n e n P o l y g o n s y s t e m e n u n d d r e i s t r a h l i g e n S p a l t e n v e r z w e i g u n g e n w u r d e n a u f flach ( 2 — 5 ° ) geböschten R e l i e f p a r t i e n gelegentlich g e r a d l i n i g e u n v e r z w e i g t e S p a l t e n v o n 1—5 m L ä n g e im A b s t a n d v o n 3 0 — 1 0 0 m a n g e ­ troffen. D e r a r t i g e S p a l t e n w u r d e n ausschließlich in v e g e t a t i o n s f r e i e m m o r ä n i s c h e m S u b ­ s t r a t b e o b a c h t e t . D e r g e r a d l i n i g e V e r l a u f der S p a l t e n w i r d wahrscheinlich durch solifluidale B o d e n v e r s e t z u n g b e w i r k t . S o gehen a u f dem P l a t e a u der S k r o k k a l d a ( 9 2 2 m ) i m H o l t a m a n n a a f r e t t u r die S p a l t e n v o n P o l y g o n e n und d r e i s t r a h l i g e n S p a l t e n v e r z w e i g u n ­ gen im Einzugsbereich einer T a l u r s p r u n g s m u l d e in g e r a d l i n i g e u n v e r z w e i g t e S p a l t e n über.

D i e V e r b r e i t u n g der g r o ß e n F r o s t s p a l t e n b l e i b t a u f das H o c h l a n d I s l a n d s b e ­ s c h r ä n k t . I m westlichen z e n t r a l - i s l ä n d i s c h e n H o c h l a n d reicht sie bis in e i n e H ö h e n l a g e v o n 4 2 0 m h i n a b ; das u n t e r s t e g r ö ß e r e geschlossene V o r k o m m e n v o n F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e n ist das v o n H v i ' t a r n e s . I m ä u ß e r s t e n R a n d b e r e i c h des H o c h l a n d e s existieren v e r e i n z e l t g r o ß e F r o s t s p a l t e n p o l y g o n e v o n geringer F o r m s c h ä r f e noch in e i n e r H ö h e n l a g e von

230—300 m

(THORARINSSON 1964;

3 3 1 f.;

F R I E D M A N et a l .

1971;

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f.).

D i e anhand von Feldforschung und Luftbildanalyse ermittelten V o r k o m m e n von F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e n und g r o ß e n dreistrahligen F r o s t s p a l t e n v e r z w e i g u n g e n i m westlichen Z e n t r a l - I s l a n d , die hier nicht im einzelnen beschrieben w e r d e n k ö n n e n , lassen sich der beigefügten V e r b r e i t u n g s k a r t e e n t n e h m e n ( A b b . 3 ) . I n besonders g r o ß e r H ä u f i g ­ k e i t und dichter Vergesellschaftung finden sich F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e im Bereich zwischen T u n g n a f e l l s j ö k u l l und H o f s j ö k u l l ( 7 0 0 — 8 0 0 m ) , im H o f s a f r e t t ( 7 0 0 m ) , n a h e Ä l f g e i r s t u n g u r und G u d l a u g s t u n g u r ( 6 0 0 — 6 5 0 m ) und östlich des H v i t ä r v a t n ( 4 2 0 m ) .

I n s g e s a m t l ä ß t die V e r b r e i t u n g der F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e im westlichen Z e n ­ t r a l - I s l a n d a u ß e r der k l i m a t i s c h b e d i n g t e n B e s c h r ä n k u n g a u f das H o c h l a n d eine A b h ä n ­ g i g k e i t v o n der A n o r d n u n g der S u b s t r a t e e r k e n n e n . G r o ß e P o l y g o n s y s t e m e w u r d e n n ä m ­ lich nur in v e g e t a t i o n s b e d e c k t e m S a n d l ö ß oder in v e g e t a t i o n s f r e i e m g l a z i f l u v i a l e m S u b ­ s t r a t b e o b a c h t e t . I n S a n d l ö ß - G e b i e t e n t r e t e n sie in bis zu 2 0 0 — 2 5 0 m t i e f e r e r H ö h e n l a g e a u f als in G r u n d m o r ä n e - A r e a l e n , in denen ihre V e r b r e i t u n g s u n t e r g r e n z e b e i r u n d 6 5 0 m liegt.

U m A u f s c h l u ß ü b e r A l t e r und G e n e s e der S p a l t e n zu e r l a n g e n , w u r d e n 18 P o ­ l y g o n s p a l t e n a u f g e g r a b e n , so beispielsweise in den B e r e i c h e n der F o s s k v i s l im H o l t a m a n ­ n a a f r e t t u r , der H v i t ä r n e s und der E y v i n d a r - und H r e y s i s k v i s l .

D i e an der B o d e n o b e r f l ä c h e b e s t e h e n d e n m a r k a n t e n k e r b f ö r m i g e n S p a l t e n der h e x a bis p e n t a g o n a l e n P o l y g o n s y s t e m e i m v e g e t a t i o n s b e d e c k t e n S a n d l ö ß - G e b i e t an der F o s s ­ k v i s l ( 5 3 0 m ) , einem südlich des in A b b . 3 dargestellten G e b i e t e s gelegenen N e b e n f l u ß d e r

Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral-Island

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Verbreitungskarte der Frostspaltenmakropolygone im westl. Zentral-Island

• Frostspaltenmakropolygone in sandigem Substrat (ohne Vegetationsbedeckung) • Frostspaltenmakropolygone in schluffigem Substrat Möbelia (mit Vegetationsbedeckung)

C ) Gletscher —700— Höhenlinien im 100m Abstand

Abb. 3. Verbreitungskarte der Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral-Island.

T h j o r s a , setzen sich im S a n d l ö ß als mit M a t e r i a l aus den h a n g e n d e n B o d e n p a r t i e n v e r ­ füllte s c h m a l e Risse mit u n r e g e l m ä ß i g e m V e r l a u f bis in 9 0 c m T i e f e fort ( A b b . 2 ) . D i e D a ­ tierung d e r S p a l t e n b i l d u n g e r g i b t sich aus d e m A l t e r v o n i m S a n d l ö ß befindlichen T e p h r a lagen, u m deren A l t e r s b e s t i m m u n g sich T H O R A R I N S S O N ( z u l e t z t 1 9 7 1 ) v e r d i e n t gemacht h a t . D a sich an der F o s s k v i s l die v e r f ü l l t e n Risse o b e r h a l b der T e p h r a l a g e „ H e k l a 3 " ( A l t e r : 2 9 0 0 J a h r e ) befinden, müssen sie i m S u b a t l a n t i k u m gebildet w o r d e n sein.

B e m e r k e n s w e r t e r w e i s e w u r d e n bei G r a b u n g e n an der F o s s k v i s l im J a h r e 1 9 7 2 in 5 0 cm und 8 0 c m B o d e n t i e f e z w e i 5 — 1 2 cm m ä c h t i g e F r o s t b o d e n l a g e n angetroffen ( A b b . 2 ) , die an der substratgefüllten s u b r e z e n t e n F r o s t s p a l t e aussetzten. D a s A u f t r e t e n v o n z w e i über­ e i n a n d e r a n g e o r d n e t e n , durch einen r u n d 3 0 c m m ä c h t i g e n ungefrorenen H o r i z o n t ge­ t r e n n t e n F r o s t b o d e n l a g e n l ä ß t sich m. E . d a h i n g e h e n d i n t e r p r e t i e r e n , d a ß der o b e r e F r o s t ­ boden ein R e l i k t der s a i s o n a l e n B o d e n g e f r o r n i s des l e t z t e n W i n t e r s d a r s t e l l t , w ä h r e n d der u n t e r e F r o s t b o d e n ä l t e r ist. M a n geht w o h l nicht fehl, in d e m unteren F r o s t b o d e n den A n s a t z e i n e r rezenten P e r m a f r o s t b o d e n b i l d u n g zu sehen. Ä h n l i c h e Befunde ü b e r den S p a l t e n v e r l a u f im v e g e t a t i o n s b e d e c k t e n S u b s t r a t der M o h e l l a erbrachten G r a b u n g e n an F r o s t s p a l t e n in H v i t ä r n e s ( 4 2 0 m ) , d i e auch v o n T H O R A R I N S S O N ( 1 9 6 4 ) u n d v o n F R I E D M A N e t a l . ( 1 9 7 1 ) untersucht w u r d e n . A u c h hier han11

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Ekkehard Schunke

d e l t es sich um h e x a - bis p e n t a g o n a l e P o l y g o n s y s t e m e , d e r e n k e r b f ö r m i g e S p a l t e n sich wie i m Bereich nahe d e r F o s s k v i s l als v o m H a n g e n d e n h e r v e r f ü l l t e schmale R i s s e bis in 6 0 — 8 0 c m T i e f e f o r t s e t z e n . B i s in eine B o d e n t i e f e v o n 8 0 — 1 0 0 c m finden sich z u d e m m a r k a n t e K r y o t u r b a t i o n s e r s c h e i n u n g e n , d i e , d a in H v i t ä r n e s rezenter P e r m a f r o s t b o d e n n i c h t besteht, ein I n d i z für früheres V o r k o m m e n v o n P e r m a f r o s t b o d e n d a r s t e l l e n . D a sich d i e verfüllten R i s s e o b e r h a l b der T e p h r a l a g e „ H e k l a 3 " befinden, müssen sie i m S u b a t l a n t i k u m gebildet w o r d e n sein. D a d i e R i s s e auch j ü n g e r e v u l k a n o - ä o l i s c h e S e d i m e n t e w i e d i e H e k l a - T e p h r a v o n 1 1 0 4 n. C h r . durchsetzen, k a n n d i e B i l d u n g d e r F r o s t s p a l t e n ­ makropolygone v o n Hvitärnes, wie bereits von T H O R A R I N S S O N ( 1 9 6 4 ; 3 3 4 ) und von F R I E D M A N et al. ( 1 9 7 1 ; 1 3 5 ff.) d a r g e l e g t , m i t guten G r ü n d e n d e r v o m 1 6 . bis ins 1 9 . J a h r ­ h u n d e r t a n d a u e r n d e n K ä l t e p e r i o d e zugeschrieben w e r d e n .

F ü r d i e F r o s t s p a l t e n in v e g e t a t i o n s f r e i e r G r u n d m o r ä n e l ä ß t sich a m B e i s p i e l v o n A u f ­ g r a b u n g e n im G e b i e t zwischen H r e y s i s - u n d E y v i n d a r k v i s l ( 6 2 0 m ) gleichfalls zeigen, d a ß sich d i e S p a l t e n a n d e r B o d e n o b e r f l ä c h e , d i e in diesem F a l l sehr undeutlich sind, a l s v e r ­ f ü l l t e S p a l t e n i m S u b s t r a t bis in eine T i e f e v o n 6 0 — 7 0 c m fortsetzen. D i e k e i l f ö r m i g e G e s t a l t u n d die r e l a t i v g r o ß e B r e i t e d e r verfüllten S p a l t e n i m S u b s t r a t lassen d a r a u f schließen, d a ß es sich u m e i n fortgeschrittenes S t a d i u m d e r F r o s t s p a l t e n b i l d u n g h a n d e l t .

D i e bei den beschriebenen A u f g r a b u n g e n gemachten B e o b a c h t u n g e n z e i g e n eine deut­ liche D i s k r e p a n z zwischen den vergleichsweise m a r k a n t e n S p a l t e n a n der B o d e n o b e r f l ä c h e u n d ihren meist schmalen r i ß f ö r m i g e n F o r t s e t z u n g e n i m S u b s t r a t . W a h r s c h e i n l i c h sind d i e S p a l t e n s y s t e m e a n d e r B o d e n o b e r f l ä c h e durch A b t r a g u n g , n a m e n t l i c h durch W i n d e r o s i o n , nachgezeichnet w o r d e n . D a sich die S p a l t e n der B o d e n o b e r f l ä c h e im a l l g e m e i n e n als v e r ­ f ü l l t e schmale Risse i m S u b s t r a t f o r t s e t z e n , h a n d e l t es sich bei d e n S p a l t e n m a k r o p o l y g o n e n I s l a n d s , w i e bereits v o n F R I E D M A N et a l . ( 1 9 7 1 ) h e r v o r g e h o b e n w u r d e , nicht u m v o l l ­ a u s g e b i l d e t e T u n d r a p o l y g o n e , sondern u m wahrscheinlich durch F r o s t k o n t r a k t i o n des S u b ­ s t r a t e s b e w i r k t e P o l y g o n e ( „ f r o s t - c r a c k p o l y g o n s " ) , w i e sie d e r A u s b i l d u n g v o n E i s k e i l ­ n e t z e n vorausgehen.

D i e S p a l t e n b i l d u n g k a n n ins S u b a t l a n t i k u m d a t i e r t w e r d e n , u n d z w a r in d i e K ä l t e ­ p e r i o d e des 1 6 . bis 1 9 . J a h r h u n d e r t s . O b e i n e S p a l t e n b i l d u n g auch w ä h r e n d ä l t e r e r K ä l t e ­ p e r i o d e n erfolgte, k a n n nicht entschieden w e r d e n .

D a sich nach B e o b a c h t u n g e n v o n P A T A L E J E V ( 1 9 5 5 ) , W A S H B U R N et a l . ( 1 9 6 3 ) , S E P P Ä L Ä ( 1 9 6 6 ) , S V E N S S O N ( 1 9 6 9 ) u . a . F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e auch i n p e r m a f r o s t freien G e b i e t e n b i l d e n k ö n n e n , stellen d i e subrezenten F r o s t s p a l t e n I s l a n d s k e i n sicheres I n d i z für eine e h e m a l i g e E x i s t e n z v o n P e r m a f r o s t b o d e n d a r ; diese ist v i e l m e h r aus d e m A u f t r e t e n v o n m a r k a n t e n K r y o t u r b a t i o n s e r s c h e i n u n g e n i m S u b s t r a t zu f o l g e r n .

B e m e r k e n s w e r t e r w e i s e finden sich a m G r u n d e d e r s u b r e z e n t e n m u l d e n - bis k e r b f ö r m i gen F r o s t s p a l t e n häufig 1—3 c m w e i t k l a f f e n d e Risse v o n 1 5 — 2 5 cm T i e f e , d i e besonders deutlich in v e g e t a t i o n s b e d e c k t e n S p a l t e n in Erscheinung t r e t e n . I n einem d e r a r t i g e n R i ß eines S p a l t e n s y s t e m s n a h e d e r F j o r d u n g a k v i ' s l w u r d e A n f a n g S e p t e m b e r 1 9 7 1 sogar E i s b e o b a c h t e t . D i e s e g e g e n w ä r t i g f e s t z u s t e l l e n d e Öffnung v o n subrezenten F r o s t s p a l t e n , d i e v o n T H O R A R I N S S O N ( 1 9 6 4 ; 3 3 5 ) als e r s t e m e r k a n n t w u r d e , l ä ß t sich bis in e i n e H ö h e n l a g e v o n 4 2 0 m ( H v i t ä r n e s ) h i n a b v e r f o l g e n ; nach U n t e r s u c h u n g e n v o n F R I E D M A N et a l . ( 1 9 7 1 ; 1 1 8 ) finden sich d e r a r t i g e E r s c h e i n u n g e n v e r e i n z e l t noch in r u n d 3 0 0 m H ö h e . D a s gegen­ w ä r t i g e W i e d e r a u f l e b e n d e r F r o s t s p a l t e n b i l d u n g i m isländischen H o c h l a n d deutet a u f e i n e j ü n g s t e V e r s c h ä r f u n g des F r o s t r e g i m e s hin, für d i e m i t d e r N e u b i l d u n g v o n Palsas a n P l ä t z e n , v o n denen diese T o r f h ü g e l m i t P e r m a f r o s t k e r n seit den 2 0 e r J a h r e n v e r s c h w u n ­ d e n w a r e n ( F R I E D M A N et a l . 1 9 7 1 ; B E R G M A N N 1 9 7 2 ; S C H U N K E 1 9 7 3 ) u n d m i t d e r g r o ß e n

T r e i b e i s h ä u f i g k e i t a n isländischen K ü s t e n w ä h r e n d d e r l e t z t e n J a h r e ( S I G T R Y G G S S O N 1 9 6 9 ) w e i t e r e I n d i z i e n gegeben sind.

Frostspaltenmakropolygone im westlichen Zentral-Island

163

D i e klimatischen und edaphischen B e d i n g u n g e n der g e g e n w ä r t i g e n F r o s t s p a l t e n b i l d u n g im isländischen H o c h l a n d s o l l e n im f o l g e n d e n n ä h e r b e t r a c h t e t w e r d e n .

3.

Die klimatischen u n d edaphischen Bedingungen d e r Frostspaltenbildung

Die klimatischen Bedingungen der g e g e n w ä r t i g e n F r o s t s p a l t e n b i l d u n g auf I s l a n d k ö n n e n a n h a n d v o n M e ß d a t e n d e r seit 1 9 6 5 zwischen H o f s - u n d L a n g j ö k u l l b e t r i e b e n e n m e t e o r o l o g i s c h e n S t a t i o n H v e r a v e l l i r ( 6 4 2 m ) wenigstens in i h r e n G r u n d z ü ­ gen g e k e n n z e i c h n e t w e r d e n . D i e folgenden M i t t e l w e r t e b e z i e h e n sich a u f die P e r i o d e 1 9 6 6 bis 1 9 7 0 .

Bei e i n e r M i t t e l t e m p e r a t u r des w ä r m s t e n M o n a t s ( A u g u s t ) v o n 6 . 4 ° C u n d einer M i t ­ t e l t e m p e r a t u r des k ä l t e s t e n M o n a t s ( F e b r u a r ) v o n — 8 . 0 ° C b e t r ä g t die J a h r e s m i t t e l t e m ­ p e r a t u r — 1 . 6 ° C ; die m i t t l e r e J a h r e s s u m m e des N i e d e r s c h l a g s beläuft sich a u f 6 7 3 m m und liegt d a m i t h ö h e r als d i e j e n i g e der meisten a n d e r e n V e r b r e i t u n g s g e b i e t e v o n F r o s t s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e n , in denen sie W e r t e v o n 3 0 0 — 4 0 0 m m k a u m überschreitet. D i e F r o s t ­ s p a l t e n b i l d u n g bleibt a l s o nicht, wie v i e l f a c h a n g e n o m m e n w i r d ( v g l . das R e f e r a t v o n D Y L I K u n d M A A R L E V E L D 1 9 6 7 ; 1 3 ) , a u f n i e d e r s c h l a g s a r m e R e g i o n e n mit J a h r e s m i t t e l t e m ­ p e r a t u r e n v o n unter — 3 ° C bis — 4 ° C b e s c h r ä n k t .

V o r a u s s e t z u n g für die B i l d u n g von F r o s t s p a l t e n sind schnell a u f t r e t e n d e tiefe T e m ­ p e r a t u r e n . S o beobachtete S P E T H M A N N ( 1 9 1 2 ; 2 4 7 ) im östlichen Z e n t r a l - I s l a n d F r o s t s p a l ­ t e n b i l d u n g e n nach einem raschen T e m p e r a t u r a b f a l l v o n — 2 ° C a u f — 1 0 ° C . D e r a r t i g e k u r z f r i s t i g e T e m p e r a t u r a b f ä l l e stellen im z e n t r a l - i s l ä n d i s c h e n H o c h l a n d k e i n e S e l t e n h e i t dar. S o weisen von den T a g e n mit n e g a t i v e r M i t t e l t e m p e r a t u r im J a h r e s d u r c h s c h n i t t 68 T a g e e i n e n kurzfristigen T e m p e r a t u r a b f a l l v o n über 8 ° C auf, wobei a n 3 3 T a g e n der T e m p e r a t u r a b f a l l mehr als 1 0 ° C und an 3 T a g e n mehr als 1 5 ° C b e t r ä g t .

D i e g e o m o r p h o l o g i s c h e W i r k s a m k e i t d i e s e r T e m p e r a t u r s p r ü n g e w i r d d a d u r c h ermög­ licht, d a ß i m z e n t r a l - i s l ä n d i s c h e n H o c h l a n d , in dem an 2 1 0 T a g e n eine geschlossene Schnee­ decke v o n durchschnittlich 2 0 — 5 0 cm M ä c h t i g k e i t besteht, v i e l e Bereiche zu B e g i n n der F r o s t p e r i o d e infolge S c h n e e v e r w e h u n g z u n ä c h s t nur eine d ü n n e Schneebedeckung des B o ­ dens a u f w e i s e n .

D e r B o d e n des zentral-isländischen H o c h l a n d e s v e r h a r r t v o n O k t o b e r bis J u n i im Z u ­ stand der G e f r o r n i s . F ü r d i e F r o s t s p a l t e n b i l d u n g ist die rasche A b k ü h l u n g eines bereits g e f r o r e n e n , unplastischen B o d e n s entscheidend ( L A C H E N B R U C H 1 9 6 6 ; 6 5 f . ) . I m B o d e n von H v e r a v e l l i r wurden w ä h r e n d der W i n t e r 1 9 6 9 / 7 0 und 1 9 7 0 / 7 1 folgende a b s o l u t e n M i n i ­ m u m - T e m p e r a t u r e n v e r z e i c h n e t : 10 cm T i e f e : — 1 4 . 8 ° C , 2 0 c m T i e f e : — 1 3 . 7 ° C , 5 0 c m T i e f e : — 7 . 9 ° C und 1 0 0 c m T i e f e : — 3 . 6 ° C . D i e s e b o d e n f r o s t k l i m a t i s c h e n B e d i n g u n g e n reichen offensichtlich z w a r für eine F r o s t k o n t r a k t i o n des S u b s t r a t e s aus, z u m a l da sich im Boden größere Temperaturschwankungen vollziehen ( S C H U N K E & S T I N G L 1 9 7 3 ; Fig. 1 1 ) , die B i l d u n g von E i s k e i l e n setzt jedoch erheblich t i e f e r e B o d e n t e m p e r a t u r e n voraus (PEWE

1966).

F ü r e i n e A n a l y s e der durch das W i e d e r a u f l e b e n der F r o s t s p a l t e n b i l d u n g angezeigten g e g e n w ä r t i g e n V e r s c h ä r f u n g des F r o s t r e g i m e s a u f I s l a n d k ö n n e n die M e ß r e i h e n von H v e r a v e l l i r wegen der K ü r z e der B e o b a c h t u n g s z e i t nicht h e r a n g e z o g e n w e r d e n . D e s h a l b seien die H o c h l a n d s t a t i o n e n G r i m s s t a d i r ( 3 8 4 m ) und R e y k j a h l i d ( 2 8 5 m ) a m N E - R a n d Z e n t r a l - I s l a n d s , die der S t a t i o n H v e r a v e l l i r a m ehesten v e r g l e i c h b a r sind, b e t r a c h t e t . Diese v e r z e i c h n e t e n w ä h r e n d d e r P e r i o d e 1 9 6 6 — 1 9 7 0 eine durchschnittliche E r n i e d r i g u n g der J a h r e s m i t t e l t e m p e r a t u r v o n 1 . 8 ° C b z w . 1 . 6 ° C gegenüber der N o r m a l p e r i o d e . D a b e i ist die w i n t e r l i c h e T e m p e r a t u r e r n i e d r i g u n g v o n 2 . 4 ° C b z w . 2 . 7 ° C erheblich g r ö ß e r als die s o m m e r l i c h e v o n 1 . 2 ° C b z w . 0 . 7 ° C . D e m n a c h m u ß die g e g e n w ä r t i g e W e i t e r b i l d u n g der 11

Ekkehard Schunke

164

F r o s t s p a l t e n hauptsächlich i m Z u s a m m e n h a n g m i t einer E r n i e d r i g u n g d e r W i n t e r t e m p e r a ­ t u r e n gesehen w e r d e n .

Daß

a u ß e r den k l i m a t i s c h e n auch d i e e d a p h i s c h e n

Bedingungen

bei d e r

F r o s t s p a l t e n b i l d u n g e i n e R o l l e spielen, g e h t aus der engen B i n d u n g d e r F r o s t s p a l t e n a n b e s t i m m t e S u b s t r a t e h e r v o r . D e r S a n d l ö ß , dessen K o r n g r ö ß e n z u s a m m e n s e t z u n g sich durch eine D o m i n a n z v o n G r o b s c h l u f f u n d F e i n s a n d auszeichnet, weist nach d e n v o n C A S A GRANDE(1934)

e r m i t t e l t e n K r i t e r i e n für die F r o s t g e f ä h r d u n g v o n g l e i c h f ö r m i g e n B ö d e n eine

g r o ß e F r o s t e m p f i n d l i c h k e i t a u f . D i e G r u n d m o r ä n e als e i n ungleichförmiges S u b s t r a t m i t s a n d i g - k i e s i g e m F e i n m a t e r i a l hingegen ist a u f g r u n d ihres geringen P e l i t a n t e i l e s w e n i g e r f r o s t g e f ä h r d e t . B e z e i c h n e n d e r w e i s e t r e t e n i m frostempfindlicheren S a n d l ö ß F r o s t s p a l t e n ­ m a k r o p o l y g o n e in e r h e b l i c h tieferer H ö h e n l a g e a u f als in m o r ä n i s c h e m S u b s t r a t . D a F r o s t ­ s p a l t e n m a k r o p o l y g o n e an S t e l l e n m i t h o h e m G r u n d w a s s e r s t a n d oder m i t S t a u n ä s s e nicht v o r k o m m e n , scheint d i e durch die K ö r n u n g der S u b s t r a t e v o r g e z e i c h n e t e B o d e n t r o c k e n ­ h e i t eine w e i t e r e V o r a u s s e t z u n g für die F r o s t s p a l t e n b i l d u n g z u sein. N a c h P e r m e a b i l i t ä t s ­ messungen von

TOMASSON

& THORGRIMSSON

(1972)

und

von

THORGRIMSSON

(1973)

ist

n a m e n t l i c h das m o r ä n i s c h e S u b s t r a t h o c h g r a d i g wasserdurchlässig. D i e s e Eigenschaft des m o r ä n i s c h e n S u b s t r a t e s b e w i r k t , d a ß sich d e r B o d e n in w e i t e n Bereichen des z e n t r a l - i s l ä n ­ dischen H o c h l a n d e s t r o t z reichlicher N i e d e r s c h l ä g e in A n a l o g i e z u m A u f t a u h o r i z o n t v i e l e r a r k t i s c h e r P e r m a f r o s t b o d e n g e b i e t e durch T r o c k e n h e i t auszeichnet. D a auch a u f g r u n d d e r v o n E I N A R S S O N ( 1 9 7 2 ) für w e i t e B e r e i c h e Z e n t r a l - I s l a n d s e r m i t t e l t e n n e g a t i v e n p o t e n t i e l ­ len W a s s e r b i l a n z w ä h r e n d d e r S o m m e r m o n a t e d a v o n a u s g e g a n g e n w e r d e n k a n n , d a ß z u B e g i n n d e r F r o s t p e r i o d e r e l a t i v w e n i g B o d e n w a s s e r z u r V e r f ü g u n g steht, l ä ß t sich d i e F r o s t s p a l t e n b i l d u n g a u f I s l a n d k a u m i m S i n n e v o n S C H E N K ( 1 9 6 6 ) als F o l g e einer f r o s t ­ b e d i n g t e n D e h y d r a t a t i o n des S u b s t r a t e s e r k l ä r e n . I n s g e s a m t erweisen sich d i e speziellen e d a p h i s c h - l i t h o l o g i s c h e n B e d i n g u n g e n Z e n t r a l - I s l a n d s v o r a l l e m wegen i h r e r

Auswirkun­

gen a u f die F r o s t e i n d r i n g g e s c h w i n d i g k e i t in den B o d e n im G e g e n s a t z z u r A u f f a s s u n g v o n FRIEDMAN

et a l . ( 1 9 7 1 ;

1 3 7 ) als ein w i c h t i g e r F a k t o r d e r B i l d u n g v o n F r o s t s p a l t e n -

makropolygonen.

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Manuskript eingeg. 17. 10. 1974.

Anschrift des Verf.: Dr. E . Schunke, Geographisches Institut der Universität Göttingen, 34 Göttin­ gen, Goldschmidtstraße 5.