Blockgletscher sind die häufigste und auffälligste geomorphologische Form von Gebrigspermafrost. Allein in Südtirol (Norditalien) sind 1467 Blockgletscher bekannt, von denen 235 aktiv sind (d.h. sie enthalten Eis und bewegen sich hangabwärts). Ziel der vorliegenden Studie ist die hydrogeologische Charakterisierung des Abflusses des aktiven Blockgletschers Lazaun, seiner jahreszeitlichen und wetterbedingten Schwankungen und seiner Beziehung zum Permafrost-Eis im Blockgletscher. Zu diesem Zweck wurden sowohl eine hydrochemische Analyse als auch Abflussmessungen durchgeführt. Diese wurden durch die Analyse stabiler Isotope und der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers unterstützt. Die hydrochemischen Daten, die zwischen 2007 und 2014 erhoben wurden, zeigten eine hohe Konzentration von bestimmten Elementen, insbesondere Ni, aber auch Zn, Mn und Sr. Die Werte zeigen einen saisonalen Trend mit steigender Konzentration vom Früh- bis zum Spätsommer, was sich in einer steigenden elektrischen Leitfähigkeit des Wassers widerspiegelt. Es wurden Gesteinsproben analysiert, um den Ursprung dieser ungewöhnlichen Elementkonzentrationen zu ermitteln. Ni wurde in Chalkopyrit nachgewiesen, während Staurolith Zn-Spuren aufweist und Mn in zoniertem Granat zu finden ist, mit höheren Konzentrationen im Kern. Sr findet sich in Verbindung mit Feldspäten und Na-reichen Schichtsilikaten. Frühere Untersuchungen von Permafrost-Eisbohrkernen aus dem Blockgletscher Lazaun zeigen ebenfalls hohe Ni-Konzentrationen in bestimmten Schichten. Es wird angenommen, dass sowohl der stark verwitterte Charakter des Festgesteins als auch das Aufschmelzen der Ni-reichen Eisschichten für die hohe Schwermetallkonzentration im Wasser der Blockgletscherquelle verantwortlich sind. Die Abflussanalyse basiert auf einem 2-Jahres-Datensatz. Sie zeigte ein für aktive Blockgletscher typisches Abflussmuster mit einem Maximum während der Schneeschmelze (Juni-Juli) und einer sukzessiven Abnahme zum Herbst hin. Es wurden auch ausgeprägte tageszeitliche Schwankungen des Abflusses in der Größenordnung von 20 bis 50 l/s festgestellt, insbesondere im Frühsommer. Interessanterweise ist der Abfluss im Winter nicht gleich Null. Dies spricht für die Theorie eines grundwassergespeisten Basisabflusses. Die an der Blockgletscherquelle gemessenen Wassertemperaturen zeigen ebenfalls eine konstante Temperatur (1,2-1,4°C) während des Winters und einen plötzlichen Abfall zu Beginn der Schneeschmelze. Die Isotopendaten scheinen diese Theorie zu bestätigen. Sie zeigen mindestens 3 Komponenten: eine Komponente mit niedriger Leitfähigkeit und niedrigem δ18O-Wert (Schmelzwasser der winterlichen Schneedecke), eine Komponente mit höherer Leitfähigkeit und höherem δ18O-Wert (Grundwasser?) und eine Komponente mit Ereigniswasser mit niedrigerer Leitfähigkeit und etwas höheren δ18O-Werten (Regenwasser der Sommerniederschläge) und Grundwasser. Eine vierte Komponente (Schmelzwasser des Permafrosteises) könnte ebenfalls angenommen werden. Im Allgemeinen ist eine Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit und des δ18O-Wertes vom Beginn der Schmelzsaison bis zum Herbst/Winter zu beobachten. Die Rezessionsanalyse zeigt auch 2 bis 3 Komponenten ("quick flow" und "baseflow", plus eine intermediäre Abflusskomponente), die durch unterschiedliche Rezessionskoeffizienten gekennzeichnet sind. Diese weisen auch auf mindestens zwei verschiedene Speichereinheiten hin. Die „baseflow“-Speichereinheit könnte der ungefrorenen Sedimentlage (Grundmoräne) zugeschrieben werden, die an der Basis des gefrorenen Kerns des Blockgletschers Lazaun entdeckt wurde. Die Mächtigkeit und Speicherkapazität dieser Schicht ist jedoch noch unbekannt.
Titelaufnahme
- TitelHydrology of Rock Glacier Lazaun (South Tyrol, Northern Italy)
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- Datum der AbgabeMai 2022
- SpracheEnglisch
- DokumenttypMasterarbeit
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Rock glaciers are the most common and outstanding geomorphological form of permafrost in mountain regions. A total of 1467 rock glaciers were reported only in South Tyrol (Northern Italy), with 235 of them being active (i.e. they contain ice and move downslope). The present study aims at hydrogeologically characterizing the runoff pattern of active rock glacier Lazaun, its seasonal and weather-related variations and its relationship to permafrost ice in the rock glacier. For this purpose, both a hydrochemical and a discharge survey, supported by stable isotope and electrical conductivity analyses, were carried out. Hydrochemical data, collected between 2007 and 2014, showed a high concentration of distinct elements, in particular Ni, but also Zn, Mn and Sr. The values show a seasonal trend, with increasing concentration from early to late summer, reflected in an increasing electrical conductivity of water. Rock sample analysis was implemented, in order to determine the origin of these unusual heavy metal content. Ni was detected in chalcopyrite, whereas staurolite shows Zn traces and Mn is found in zoned garnet, with higher concentrations in the core. Sr is found in association with feldspars and Na-rich phyllosilicates. Previous study on permafrost ice cores from the Lazaun rock glacier also show high Ni concentration in distinct layers. Both the intense weathered character of the bedrock and the melting of the Ni-rich layers are assumed responsible for the high heavy metal concentration in the rock glacier stream water. The discharge analysis is based on a 2-year dataset. It showed a typical discharge pattern for active rock glaciers, with maximum discharge during the snowmelt period (June-July) and a gradual decrease towards the fall season. Pronounced diurnal variations of discharge, in the order of 20 to 50 l/s, are also recorded, especially during early summer. Interestingly, discharge is not zero during winter. This supports the theory of a groundwater-fed base flow. Water temperature data measured at the rock glacier spring also show a constant temperature (1.2-1.4 °C) during winter and a sudden drop at the beginning of the snowmelt season. Isotope data seem to confirm this theory. They show at least 3 components: a low-conductivity, low δ18O component (melt water of the winter snow cover), a baseflow, high-EC and high δ18O component (groundwater?) and an event water component with lower conductivity and slightly higher δ18O values (rainwater of summer precipitation) and groundwater. A fourth component (melt water of the permafrost ice) might also be assumed. In general, an increase in electrical conductivity and in δ18O is evident from the beginning of the melt season until autumn/winter. Recession analysis also shows 2 to 3 components (“quick flow” and “baseflow”, plus an intermediate flow component), characterized by different recession coefficients. These indicate also at least two different storage units. The baseflow storage unit might be ascribed to the unfrozen lodgment till layer detected at the base of the frozen core of the Lazaun rock glacier. The thickness and storage capacity of this layer is, however, still unknown.
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