Die massive Überschwemmung des Sagavanirktok-Flusses im Norden Alaskas im Jahr 2015 hatte unmittelbare Auswirkungen, darunter die Sperrung des Dalton Highway für mehrere Tage, trug aber auch zu einer längerfristigen Bodensenkung in der permafrostreichen Region bei.
Das ist das Ergebnis von Assistenzprofessor Simon Zwieback vom Fairbanks Geophysical Institute der University of Alaska in einer am 27. September von der Zeitschrift veröffentlichten Studie Permafrost- und Periglazialprozesse.
Zwieback ist der Hauptautor des Artikels. Zu den neun Co-Autoren zählen die UAF-Wissenschaftler Mikhail Kanevskiy, Donald Walker, Vladimir Romanovsky und Franz Meyer.
Zwieback, der auch am UAF College of Natural Science and Mathematics lehrt, ist auf die Nutzung weltraumgestützter Fernerkundung zur Erforschung der Arktis spezialisiert.
„Was bisher nicht bekannt war, ist, dass es nach der Flut zu diffusen und variablen Veränderungen in der Tundra und dieser Permafrostlandschaft kam“, sagte Zwieback. „Insbesondere haben wir beobachtet, dass es in Gebieten, die überschwemmt waren, mehrere Hotspots mit Absenkungen gab, wobei die Absenkung über ein paar Jahre mehr als drei Zoll betrug. Und wir beobachteten auch viele weitere Gebiete mit weniger ausgeprägten, aber immer noch messbaren Teilsegmenten.“
„Wir beobachteten auch eine Begrünung und eine Vernässerung der Landschaft, die ebenfalls recht unterschiedlich war“, sagte er. „All das ist wichtig, um zu verstehen, wie diese Landschaften auf Überschwemmungen reagieren.“
Mitte Mai 2015 begann das Hochwasser auf den Dalton Highway, Alaskas Straße zum North Slope, zu strömen und erreichte auch den Flughafen Deadhorse. Als Hauptursache für die chaotischen Überschwemmungen wird die Ansammlung von Aufeis, einer Eisschicht, die sich durch das Gefrieren von Flusswasser bildete, vor der Flut angesehen. Aufeis leitete das Wasser des auftauenden Flusses von natürlichen Kanälen ab.
Die massiven Überschwemmungen des Flusses verschärften das, was die Autoren als „komplizierte Beziehung“ zwischen Flüssen und ihren Überschwemmungsgebieten in Regionen mit kontinuierlichem Permafrost bezeichnen. Menschliche Aktivitäten in der Region, die durch die kontinuierliche Erweiterung des Prudhoe Bay-Ölfelds und das Vorhandensein des Dalton Highway vorangetrieben werden, haben ebenfalls die natürliche Entwässerung beeinträchtigt.
Die Überschwemmung könnte durch die Erwärmung des Bodens zu Bodensenkungen geführt haben, wodurch das Bodeneis schmolz, so die Autoren. Die Erwärmung kann auf erhöhte Nässe, Störungen der Schutzschicht aus organischem Material oder Sedimentablagerungen zurückzuführen sein, wodurch mehr Wärme eindringen kann.
Zwieback analysierte Satellitendaten von 2015 bis 2019, um die Bodenverformung in den Jahren nach der Flut abzuschätzen.
„Was wir aus dem Weltraum beobachtet haben, war ein weit verbreitetes, aber auch sehr unterschiedliches Absinken“, sagte Zwieback.
Die Senkung war an überschwemmten Standorten am stärksten ausgeprägt und in den zwei Jahren nach der Überschwemmung am aktivsten.
„Wir deuten die Senkung, die wir mit der Fernerkundung beobachtet haben, größtenteils auf das Abschmelzen des Bodeneises zurück“, sagte Zwieback. „Die Böden in der Gegend enthalten beträchtliche Mengen Eis in Form von Eiskeilen und getrenntem Eis, also kleinen Eislinsen im Gegensatz zu großen Brocken.“
Eiskeile haben im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa drei bis zehn Fuß und sind an ihrer schmalen Unterseite etwa sechs bis zehn Fuß tief. Sie bilden regelmäßige Netzwerke und sind im Untersuchungsgebiet typischerweise etwa 30 Fuß voneinander entfernt.
„Erschwerend kommt hier vor allem hinzu, dass anfängliche Bodensenkungen zu Veränderungen an der Oberfläche führen können, etwa zu Wasseransammlungen“, sagt Zwieback. „Die Oberfläche wird dunkler und wärmer. Und das bedeutet mehr Auftauen darunter, weil man die Oberflächenbedingungen verändert hat.“
In einigen Gebieten mit hohem Eisgehalt kam es zu Absenkungen, in anderen jedoch nicht, was darauf hindeutet, dass mehrere Faktoren für die Verformung verantwortlich sind. Dazu können organische Schichtstörungen und Sedimentablagerungen gehören, die sich im Boden absetzen, die isolierenden Lufteinschlüsse vertreiben und mehr Wärme eindringen lassen. Die Forscher fanden feinkörniges Sediment in den obersten fünf Zentimetern von Bodenpfropfen, die an zwei Stellen entnommen wurden. Sie konnten jedoch nicht schlüssig sagen, welches Sediment aus der Überschwemmung stammte, obwohl die Probenahmestelle fast 300 Meter von der Autobahn entfernt lag.
Die Forscher fanden außerdem heraus, dass absinkende eisreiche Standorte im Durchschnitt eine Zunahme von Grün und Nässe aufwiesen. Umgekehrt begrünten viele eisarme Auen, ohne sich zu verformen.
Dennoch stellt das Papier fest, dass Überschwemmungen langfristig von Vorteil sein können. Es lagert Sedimente ab, was wiederum eine Erhöhung der isolierenden Vegetationsdecke und anderer organischer Stoffe ermöglicht. Mit der Zeit wird die aktive Schicht – eine Bodenschicht, die im Winter gefriert und im Sommer auftaut – dünner. Diese Ausdünnung wiederum ermöglicht das Wachstum von Eiskeilen und getrenntem Eis. All dies erhöht die Höhe und verringert die Häufigkeit von Überschwemmungen, schreiben die Autoren.
Die neue Forschung ist wichtig, da die Arktis zunehmenden Klimabelastungen ausgesetzt ist.
„Da die Arktis immer feuchter wird und sich das Hochwasserregime ändert, müssen wir verstehen, wie Flusslandschaften auf diese Veränderungen in den Flüssen und die mit diesen Flüssen verbundenen Überschwemmungen reagieren“, sagte Zwieback.
Mehr Informationen:
Simon Zwieback et al., Disparate Permafrost-Geländeveränderungen nach einer großen Überschwemmung aus dem Weltraum beobachtet, Permafrost- und Periglazialprozesse (2023). DOI: 10.1002/ppp.2208