Quaternary Science Journal - Permafrost am Pico de Orizaba/Mexiko

Eiszeitalter

u.

Gegenwart

Band

26

Seite

212-217

Öhringen/W

ürtt.

1975

Permafrost am Pico de Orizaba/Mexiko Von

K L A U S HEINE, Bonn

l

)

Mit 5 Abbildungen

Z u s a m m e n f a s s u n g . Permafrost tritt in Mexiko (ca. 19° N) am Pico de Orizaba in Höhen zwischen 5 0 0 0 und 4 6 0 0 m auf. Der Permafrost ist fossil. Verschiedene Bodeneistypen kön­ nen unterschieden werden. Die Permafrostvorkommen unterhalb der Schneegrenze (ca. 5 0 0 0 m) zeigen, daß Schneegrenze und Untergrenze des Permafrostes in Mexiko nicht mit dem von BARANOV für die Tropen angegebenen Verlauf übereinstimmen.

S u m m a r y . In Mexico (ca. 19° N) permafrost is found on Pico de Orizaba volcano bet­ ween 5 0 0 0 and 4 6 0 0 m altitude. The permafrost is fossil. Different types of ground ice can be distinguished. The permafrost occurrence beneath the snowline (ca. 5 0 0 0 m) shows that in Mexico snowline and lower altitudinal limit of permafrost do not agree with the pattern as it is given by BARANOV for the tropical zone.

1.

Einleitung

W e n n der Untergrund nahe der Erdoberfläche, unabhängig v o n seiner Textur, seinem Wassergehalt oder seinen lithologischen Eigenschaften, v o n Temperaturen unter 0 ° C für mehr als zwei J a h r e ohne Unterbrechung gekennzeichnet w i r d , so darf man diese Bedin­ gungen als Dauerfrostboden oder Permafrost bezeichnen (WASHBURN 1 9 7 3 ) . Uber Perma­ frostvorkommen aus subtropischen und tropischen Hochgebirgen liegen bisher nur spär­ liche Beobachtungen v o r (IVES 1 9 7 4 ) . A u s dem mittelamerikanischen R a u m sind meines Wissens Dauerfrostböden bisher nicht beschrieben w o r d e n . A m Pico de Orizaba fand ich w ä h r e n d verschiedener J a h r e P e r m a f r o s t v o r k o m m e n , über die im folgenden kurz berich­ tet werden soll.

2.

Geländebeobachtungen

Der Pico de O r i z a b a (ca. 5 7 0 0 m) befindet sich zwischen 1 9 ° 0 0 ' — 1 9 ° 0 5 ' N und 9 7 ° 2 0 ' bis 9 7 ° 1 3 ' W am A b f a l l der mexikanischen Meseta zur Golfküstenniederung. Rezente Gletscher (LORENZO 1 9 6 4 ; A b b . 1) bedecken Teile des Kraterkegels. Die Spuren älterer, jungquartärer Vergletscherungen w u r d e n 1 9 7 4 und 1 9 7 5 zum ersten M a l für den Gipfel­ bereich systematisch kartiert. Dabei konnten auch die Beobachtungen über P e r m a f r o s t v o r ­ kommen aus früheren J a h r e n ergänzt werden.

A m N o r d - und Nordosthang befinden sich Permafrostinseln in Höhen zwischen 5 0 0 0 bis 4 6 0 0 m. A l l e Permafrostbildungen liegen im Bereich der Rundhöckerfluren zwischen den rezenten unteren Gletscherenden und den Hauptendmoränen (M V ) aus dem v e r g a n ­ genen Jahrhundert.

t) D a n k s a g u n g . Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danke ich für eine großzügige Reise- und Sachbeihilfe. Herrn Dr. Dieter KLAUS (Bonn) bin ich für die Durchsicht des Manuskripts und die Überlassung der Abb. 4 sowie für einige wertvolle Hinweise zu Dank verpflichtet.

Abb. 1. Glazialmorphologische Skizze des Pico de Orizaba. Es bedeuten: 1 = rezente Gletscher, 2 = fossiles Eis unter Schutt, 3 = M V-Moränen, 4 = M IV-Moränen, 5 = M III 3-Moränen, 6 = M III 2- und M III 1-Moränen, 7 = Kar, 8 = glaziales Trogtal, 9 = Rundhöcker, 10 = bei Maximalvergletscherung eisfreie Bergsporne, 11 = subrezente Blockgletscher, 12 = geschrammte Blöcke auf Moränen, 13 = Schutthalden, 14 = lineare Schuttrutschungen, 15 = Auffrier-Hügel (Thufer), 16 = Krater, 17 = steile Felswände, 18 = holozäner Lavastrom, 19 = Grat, 20 = „Tiefenlinie" (Tal, Barranca), 21 = Geländekante, 22 = obere Waldgrenze (ca. 400 m Höhe), 23 = Quelle mit Bach, 24 = Weg.

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Klaus Heine

D i e D a u e r f r o s t b ö d e n z e i g e n v e r s c h i e d e n e A r t e n des B o d e n e i s e s . L e g t m a n d i e bei IVES ( 1 9 7 4 ) a n g e f ü h r t e K l a s s i f i k a t i o n des B o d e n e i s e s für die U n t e r s c h e i d u n g z u g r u n d e , so m ü s ­ sen d i e B o d e n e i s v o r k o m m e n des P i c o d e O r i z a b a z u m g r ö ß t e n T e i l d e r G r u p p e V I „ B u r i e d I c e " ( = b e g r a b e n e s E i s ) z u g e r e c h n e t w e r d e n . H i e r b e i h a n d e l t es sich u m fossiles Glet­ schereis des G l e t s c h e r v o r s t o ß e s a u s d e m v e r g a n g e n e n J a h r h u n d e r t s o w i e u m P e r m a f r o s t in M o r ä n e n m a t e r i a l ( A b b . 2 u. 3 ) . Fossiles Gletschereis k a n n M ä c h t i g k e i t e n v o n ü b e r 7 m erreichen. A u c h d i e P e r m a f r o s t v o r k o m m e n in M V - M o r ä n e n s i n d — sofern d a s M o r ä n e n ­ m a t e r i a l e i n e entsprechende M ä c h t i g k e i t h a t — über 1 0 m d i c k . W i e w e i t d e r P e r m a f r o s t in d e n U n t e r g r u n d e i n d r i n g t , k o n n t e nicht e r m i t t e l t w e r d e n .

D e r D a u e r f r o s t b o d e n , d e r die lockeren S e d i m e n t e in d e n H o h l f o r m e n d e r R u n d h ö c k e r ­ fluren z e m e n t a r t i g v e r b a c k e n h a t ( A b b . 3 ) , e n t h ä l t B o d e n e i s , d a s durch G e f r i e r e n v o n B o d e n f e u c h t i g k e i t e n t s t a n d e n ist ( „ S o i l I c e " , G r u p p e I n a c h IVES, 1 9 7 4 ) . D i e s e P e r m a f r o s t b i l d u n g e n erfassen d i e G r u n d m o r ä n e n s c h l e i e r , die M ä c h t i g k e i t e n v o n w e n i g e n D e z i ­ m e t e r n bis z u e i n i g e n M e t e r n a u f w e i s e n . O b T e m p e r a t u r e n u n t e r d e m G e f r i e r p u n k t auch noch i n d e n a n s t e h e n d e n v u l k a n i s c h e n G e s t e i n e n i m L i e g e n d e n anzutreffen s i n d , ist z u v e r ­ m u t e n , d a M o r ä n e n m a t e r i a l a n a n d e r e r S t e l l e ü b e r 1 0 m tief v o m P e r m a f r o s t e r f a ß t w i r d .

D i e U n t e r g r e n z e des P e r m a f r o s t e s w u r d e n i r g e n d s angetroffen.

D e r A u f t a u b o d e n ( a c t i v e l a y e r ) ü b e r d e m P e r m a f r o s t ist ä u ß e r s t g e r i n g m ä c h t i g . Im M ä r z 1 9 7 5 w u r d e n a n verschiedenen T a g e n a m frühen N a c h m i t t a g A u f t a u b ö d e n v o n

Abb. 2. Eisverbackenes Moränenmaterial, Pico de Orizaba, 4770 m Höhe. Der Aufschluß befindet sich in einer wallförmigen Ufermoräne. Eis und Moränenmaterial sind zum Teil in Schichten aus­ gebildet, die an der Innenflanke des Moränenwalles + oberflächenparallel (Bildmitte links), zum Moränenkamm hin (rechts) steiler gestellt sein können. Über dem Permafrost zeigt eine ca. 0,5 m mächtige Schuttlage die Tiefe des „Auftaubodens" (active l a y e r ) an. Im Vordergrund ist aus­ getautes Moränenmaterial zu erkennen; dahinter liegt im linken Bildteil vor dem Moränenauf­ schluß eine kleine schneebedeckte (z. T. Büßerschnee) Schutthalde, die den Aufschluß im unteren Teil verdeckt. Aus den Lagerungsverhältnissen des eisverbackenen Moränenmaterials ist auf eine schichtweise Anlagerung des Moränenschutts bei Permafrost zu schließen. Infolge seitlichen Druckes des Gletschers auf das bereits abgelagerte M a t e r i a l erfolgte eine stärkere Schrägstellung im äuße­ ren Teil des Walles (rechts). Die Ufermoräne wurde bis in die Mitte des 19. Jhs. weitergebildet.

Permafrost am Pico de Orizaba/Mexiko

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Abb. 3. Permafrost (Pfeile) im Bereich der Rundhöckerflur am Nordhang des Pico de Orizaba in ca. 4850 m Höhe zwischen den rezenten Gletschern und den Stirnmoränen des 19. Jhs. (M V-Moränen, vgl. Abb. 1). Die Rundhöcker (im Hintergrund) werden aus anstehenden Phänoandesitgesteinen gebildet. Das Bild wurde am frühen Nachmittag aufgenommen. Daher ist der ober­ flächennahe Schutt aufgetaut und wasserdurchtränkt. Ein Schmelzwasserbach fließt von rechts nach links und hat teilweise die kleinen Aufschlüsse im Dauerfrostboden geschaffen.

1 0 — 2 0 c m Dicke beobachtet. I m D e z e m b e r 1 9 7 1 w a r ü b e r M o r ä n e n s c h u t t ein e t w a 4 0 c m m ä c h t i g e r H o r i z o n t a u f g e t a u t . D i e S c h u t t d e c k e auf fossilem Gletschereis, d i e a l s g r o b e r A n h a l t s p u n k t für d i e m a x i m a l e A u f t a u t i e f e a n d e r Oberfläche a n g e s e h e n w e r d e n k a n n , b e t r ä g t m a x i m a l c a . 6 0 cm in 4 7 5 0 m H ö h e .

3. Diskussion der Ergebnisse D i e P e r m a f r o s t v o r k o m m e n a m P i c o d e O r i z a b a s i n d fossil; d a r a u f d e u t e n a l l e B e o b ­ a c h t u n g e n hin (fossiles Gletschereis des V o r s t o ß e s des 1 9 . J h s . , s t a r k e S c h u t t a n r e i c h e r u n g im A u f t a u b o d e n g e g e n ü b e r d e m oft sehr s t a r k v o n B o d e n e i s b z w . b e g r a b e n e m Eis d u r c h ­ s e t z t e n P e r m a f r o s t b e r e i c h , e t c . ) . D i e P e r m a f r o s t v o r k o m m e n liegen h e u t e deutlich u n t e r ­ h a l b d e r k l i m a t i s c h e n S c h n e e g r e n z e , d i e bei e t w a 5 0 0 0 m H ö h e a n g e s e t z t w e r d e n k a n n .

U b e r einige K l i m a p a r a m e t e r a m Pico de Orizaba gibt Abb. 4 Auskunft. Geht man v o n d e r E r k e n n t n i s a u s , d a ß d i s k o n t i n u i e r l i c h e r P e r m a f r o s t eine 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 m i n d e s t e n s — 1 , 0 ° C e r f o r d e r t (IVES 1 9 7 4 ) u n d d a ß d i e k l i m a t i s c h e S c h n e e g r e n z e in d e r tropischen Zone i . w . S . m i t einer J a h r e s m i t t e l t e m p e r a t u r ü b e r d e m G e f r i e r p u n k t z u s a m ­ m e n f ä l l t , so fügen sich die B e o b a c h t u n g e n a u s M e x i k o nicht in d a s g e n e r a l i s i e r t e S c h e m a v o n B A R A N O V ( 1 9 5 9 , z i t . nach IVES 1 9 7 4 ) e i n ; B A R A N O V n i m m t a n , d a ß d i e U n t e r g r e n z e des P e r m a f r o s t e s in ä q u a t o r i a l e n B r e i t e n ü b e r der S c h n e e g r e n z e l i e g t , i n den a r k t i s c h e n B r e i t e n jedoch w e i t u n t e r h a l b d e r S c h n e e g r e n z e . P e r m a f r o s t - U n t e r g r e n z e u n d Schnee­ g r e n z e sollen sich in d e n M i t t e l b r e i t e n k r e u z e n . D e m n a c h m ü ß t e d i e S c h n e e g r e n z e i m t r o ­ pisch-subtropischen M e x i k o u n t e r h a l b d e r P e r m a f r o s t v o r k o m m e n a n z u t r e f f e n sein, w a s jedoch nicht zutrifft. D i e G r ü n d e d a f ü r sind in v e r s c h i e d e n e n F a k t o r e n z u suchen: ( 1 ) D i e P e r m a f r o s t v o r k o m m e n M e x i k o s s i n d fossil; sie w e r d e n h e u t e w e d e r a u f g e b a u t noch z e r ­ s t ö r t . ( 2 ) D i e S c h n e e g r e n z e scheint i n M e x i k o h e u t e w e n i g e r durch d i e T e m p e r a t u r a l s

Klaus Heine

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vielmehr durch die Niederschläge bestimmt zu werden; die Absenkung der Schneegrenze w ä h r e n d der M V-Vergletscherung w u r d e sehr wahrscheinlich zu einem großen Teil durch vermehrte Niederschläge bedingt bei nur geringer Temperaturabsenkung. D a r a u f deuten auch die Beobachtungen über jungquartäre Schneegrenzdepressionen im Bereich der mexi­ kanischen Vulkangebirge hin (HEINE 1 9 7 6 ) . ( 3 ) Kaltlufteinbrüche („Nortes") sind w ä h r e n d

6 000

j

Quercus laurina

•f-

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Quercus sp.

f

P. hartwegii

?

P. leiophylla

^

Festuca tolucensis

?

P. pseudostrobus

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Calamagrostis tolucensis

?

P. teocote

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P. montezumae

Abies religiosa

moss and liehen

Abb. 4 . Approximative Höhenabhängigkeit einiger Klimaparameter am Pico de Orizaba. Es be­ deuten: a = mittlere Jahresschwankung der Temperatur, b = mittlere Jahrestemperatur, c = mitt­ lere Niederschläge, d = mittlere Zahl der Frostwechseltage. Nach LAUER & KLAUS ( 1 9 7 5 ) .

Abb. 5 . Schematische Darstellung des Verlaufs der klimatischen Schneegrenze und der montanen Untergrenze von Permafrostvorkommen zwischen Nordpol und Äquator.

Permafrost am Pico de Orizaba/Mexiko

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der M o n a t e N o v e m b e r bis April oft recht häufig; sie sind als außertropisches Klimaelement anzusehen. W ä h r e n d der Kaltlufteinbrüche tritt in ca. 5 8 0 0 m Höhe ( 5 0 0 mb) im Mittel eine Temperaturabsenkung von 2 — 3 ° C auf.

Die Beziehungen zwischen Schneegrenze einerseits und montaner Untergrenze v o n Permafrostinseln andererseits müssen daher nicht — wie es B A R A N O V ( 1 9 5 9 ) annimmt — als zwei sich nur einmal im Bereich der Mittelbreiten kreuzende Linien angesehen werden, sondern als Ausdruck v o n zwei verschiedenen Erscheinungen, die sehr unterschiedlich auf die Klimaelemente Niederschlag und Temperatur reagieren (Abb. 5). S t a r k generalisierend darf man vielleicht sagen, daß die Untergrenze der Permafrostvorkommen auch im t r o ­ pisch-subtropischen Bereich in erster Linie v o n den Temperaturverhältnissen bestimmt w i r d ; die klimatische Schneegrenze dagegen — besonders in den trockenen Tropen und Subtropen — ist sehr stark niederschlagsabhängig.

Schriftenverzeichnis BARANOV, I. Y.: Geographical distribution of seasonally frozen ground and permafrost (transl. A. N u r k l i k ) . — In: Priciples of Geocryology, Part I, Chap. VII, 193—219, N R C Tech. Transl., 1121, Nat. Res. Council, Ottawa 1959.

HEINE, K.: Schneegrenzdepressionen, Klimaentwicklung, Bodenerosion und Mensch im zentral­ mexikanischen Hochland im jüngeren Pleistozän und Holozän. — Z. Geomorph. Suppl. Bd. 24, Stuttgart 1976, im Druck.

IVES, J . D.: Permafrost. — In: Arctic and Alpine Environments, ed. IVES & BARRY, Chap. 4, Sect. A, 159—194, London 1974.

LAUER, W . & KLAUS, D.: Ecological Investigations on the Timberline of Pico de Orizaba/Mexico.

— Arctic and Alpine Research 7, im Druck, Boulder 1975.

LORENZO, S. L.: LOS glaciares de Mexico. — U N A M , Monografias del Instituto de Geofi'sica 1, 1—124, Mexiko 1964.

WASHBURN, A. L.: Periglacial processes and environments. — 1—320, London 1973.

Manuskript eingeg. 20. 12. 1975.

Anschrift des Verf.: Professor Dr. Klaus Heine, Geogr. Inst. d. Univ. Bonn, Franziskanerstr. 2, D-5300 Bonn 1.