Titelaufnahme

Titel
Movement pattern analysis of the Dösen Rock Glacier, Hohe Tauern Range, Austria, using a multi-method approach / Hanna Pfeffer, BSc.
Weitere Titel
Movement pattern analysis of the Dösen Rock Glacier, Hohe Tauern Range, Austria, using a multi-method approach
Verfasser/ VerfasserinPfeffer, Hanna
Begutachter / BegutachterinKellerer-Pirklbauer-Eulenstein, Andreas
ErschienenGraz, 2023
Umfang118 Blätter : Illustrationen, Diagramme
Anmerkung
Zusammenfassungen auf Englisch und Deutsch
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der Verfasserin
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
SchlagwörterDösental / Blockgletscher / Klimaänderung / Simulation
Schlagwörter (GND)Graz
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-196297 
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Zusammenfassung

Blockgletscher sind elementare Landschaftselemente periglazial geprägter Gebirgsräume und weisen auf die Präsenz von Permafrost im Untergrund hin. Ihre Hangabwärtsbewegung ist bedingt durch das Kriechen des eisreichen Lockermaterials und Verlagerung entlang von Scherhorizonten. Aufgrund ihrer Materialeigenschaften reagieren sie anfällig auf Veränderungen des thermalen Regimes in der Atmosphäre und im Untergrund. Im Kontext des Klimawandels stellen sie wertvolle Indikatoren für Veränderungen des Gebirgspermafrostes und sensibler Hochgebirgssysteme im Allgemeinen dar.Das Dösental wird seit den 1990er Jahren interdisziplinär in Hinblick auf Erscheinungen des Gebirgspermafrostes beforscht und zählt zu den bedeutendsten Untersuchungsgebieten in den östlichen österreichischen Alpen. Im Zuge dessen wurde auch der Dösener Blockgletscher genau beobachtet. Daher bestehen lange Aufzeichnungen zum Bewegungsmuster und darüber hinaus auch Datenreihen der Luft- und Untergrundtemperatur. Dennoch ist wenig über die intraannuelle Variabilität bekannt. Diese Arbeit hat das Ziel bestehende Kenntnisse um die Ermittlung und Interpretation intraannueller Fluktuationen zu erweitern. Zu diesem Zweck wurden drei geodätische Messkampagnen am 7.7.2022, 17.8.2022 und 28.9.2022 durchgeführt. Diese wurden in Zusammenschau mit den Ergebnissen der regulären annuellen Kampagnen vom 17.8.2021 und 17.8.2022 analysiert und interpretiert. Zusätzlich wurde die Korrelation ausgewählter Klimaparameter mit Blockgletscherbewegungsraten untersucht. Vorbild dafür war eine Studie von Kellerer-Pirklbauer & Kaufmann (2012), die wie die vorliegende Untersuchung auf Derivate der Luft- und Untergrundtemperaturzeitreihen aus dem Untersuchungsgebiet beruht. Um die Bewegung des Dösener Blockgletscher nachbilden und visualisieren zu können, werden neue Funktionalitäten des Massebewegungssimulationstools r.avaflow hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in der Simulation der Blockgletscherbeweg im Untersuchungsgebiet, für den Zeitraum von 1993 bis 2022 getestet. Die Software ist insbesondere geeignet um komplexe, kaskadenhafte Massebewegungen zu simulieren, aber bietet auch Möglichkeiten für die Simulation langsamer Fließ- und Gleitprozesse.Die Analyse der Monitoring-Ergebnisse zeigt eine Beschleunigung der Bewegungsraten in der warmen Jahreszeit. Beobachtungen wurden an 34 Messpunkten, von denen 11 für die Berechnung von Jahresmittelwerten verwendet werden, durchgeführt. Zwischen 7.7.2022 und 28.9.2022 erreichten die Bewegungsraten (n=11) bis zu 128% der für den gesamten Blockgletscher gemittelten Geschwindigkeit während der annuellen Messperiode zwischen 17.8.2021 und 17.8.2022. Ein komplexes Be- und Entschleunigungsmuster spiegelt sich in den für die Einzelpunkte errechneten Werten wider. Dieses deutet auf eine asynchrone raum-zeitliche Geschwindigkeitsentwicklung des unteren und oberen Teils des Blockgletschers hin, welche ihr Maximum gegen Ende der warmen Jahreszeit erreicht. Das komplexe Muster betont die Notwendigkeit des Einsatzes permanent installierter Messinstrumente, welche die Bewegung zeitlich höher auflösen können. Statistische Analysen bestätigen die Erkenntnisse der vorangegangenen Studie, welche signifikante Zusammenhänge mit Luft- und Untergrundtemperaturen aufzeigte. Verzögerungen in der Wirksamkeit des thermischen Einflusses wurden ebenso betont wie die besondere Rolle von Untergrundtemperatur und -frost. Experimente mit r.avaflow ergaben Probleme in der realitätsgetreuen Nachbildung der Morphodynamik des Blockgletschers, wobei vor allem charakteristische Oberflächenstrukturen durch Zerfließen der Blockgletschermasse verloren gingen. Für zukünftige Experimente wird die Implementierung einer räumlich und zeitlich variablen Viskosität empfohlen. Zeitliche und räumliche Variabilität könnten der Repräsentation der Geschwindigkeitsvariabilität dienen.

Abstract

Rock glaciers are common features of periglacial environments in mountain regions and indicate the presence of permafrost. They slowly move downslope as a result of cohesive creep or displacements along shear planes in unconsolidated, ice rich material. Due to their composition (rock, ice, water, air), they are susceptible to changes of the thermal regime above and below earth’s surface, manifesting in the magnitude of creep rates. In the context of climate change, they are valuable indicators for the state of mountain permafrost and act as a proxy for the reaction of sensitive high mountain environments. Long-term in situ measurements of climate parameters and rock glacier movement rates are necessary to substantiate this relationship. Since the 1990s Dösen valley in the Carinthian part of Hohe Tauern National Park in Austria has been a hot spot for interdisciplinary permafrost research in the Eastern Austrian Alps. Thus, the Dösen Rock Glacier (DOE-RG) has been investigated thoroughly and long-term records of its interannual movement pattern as well as climate and ground climate datasets exist. Yet, intra-annual variability at the site is not represented by the available datasets and so-far poorly understood. This thesis aims to complement the existing monitoring records by collecting and interpreting displacement rates on a sub-annual scale. For this purpose, three geodetic measurement campaigns were carried out at 7.7.2022, 17.8.2022 and 28.9.2022. They are analyzed in combination with the monitoring results of the regular annual campaigns from 17.8.2021 and 17.8.2022. In addition, the correlation of selected climate parameters and rock glacier movement rates is investigated. These analyses are based on the study setup of Kellerer-Pirklbauer and Kaufmann (2012) and rely on derivatives of ground and air temperature monitoring timeseries from the study site. To reproduce and visualize the movement of the DOE-RG, experiments on the applicability of new functionalities of the numerical mass flow simulation tool r.avaflow were performed, considering the period 1993 to 2022. The software framework was designed to simulate complex, cascading mass flows involving single- or multi-phase materials but is also applicable for slow geomorphic flows.The analysis of the monitoring campaign shows acceleration of the entire rock glacier based on 34 individual measurement points of which 11 are used for the calculation of the annual mean. Landform-wide velocities (n=11) between 7.7.2022 and 28.9.2022 reached 128% of the annual velocity observed during the monitoring period between 17.8.2021 and 17.7.2022. Complex patterns of acceleration and deceleration at the individual observation points on the rock glacier suggest an asynchronous spatio-temporal velocity rhythm of lower and upper zones at the rock glacier. Maxima were reached between 17.8.2022 and 28.9.2022. The complexity of intra-annual variations emphasizes the need for permanently installed monitoring solutions resolving displacements with a higher temporal resolution. Statistical analyses confirmed the findings of the previous study and showed that both ground and air temperature are significantly correlated with rock glacier displacement rates. Time lags in the propagation of thermo-dynamic effects are proposed, as well as the especially influential role of ground temperature and freezing. Experimental simulations with r.avaflow revealed challenges related to morphodynamical characteristics of rock glacier creep and topography preservation, caused by exaggerated dispersion of the rock glacier material. For future experiments the adjustment of the model parameter viscosity is suggested. Spatially and temporally variable values would potentially allow to introduce displacement fluctuations to the model.

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