Spatial Patterns of Permafrost at Hoher Sonnblick (Austrian Alps) - Extensive Field-measurements and Modelling Approaches

Abstract

Räumliche und zeitliche Muster des Permafrostes werden im Gebiet des Hohen Sonnblicks (Österreichische Zentralalpen) seit 2006 im Rahmen eines Monitorings erfasst. Es wird sowohl der Felspermafrost der Gipfelpyramide des Sonnblicks als auch der Hangpermafrost zweier unterschiedlich exponierter Versuchsfelder untersucht. Das Monitoring beinhaltet Messungen in Bohrlöchern, an der Oberfläche mittels geophysikalischer Methoden und Vermessungen mit einem Laserscanner. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass die Messperiode für die Bestimmung von zeitlichen Veränderungen noch zu kurz ist. Jedoch können erste signifikante Aussagen zu den räumlichen Mustern im Sonnblickgebiet gemacht werden. Für den Sonnblickgipfel zeigen die Bodenradarmessungen eine Schicht von ca. 2,5 m von aufgelockerten Fels und Blockwerk, wovon ca. 1,5 m der Auftauschicht zuzuordnen sind (aus den Bohrlochmessungen abgeleitet). Aus der Anwendung einer Bohrlochtomographie lässt sich eine Mächtigkeit des geklüfteten Felskörpers bis ca. 9 m Tiefe ableiten, der vermutlich leicht geöffnete mit Eis gefüllte Spalten aufweist. Die Anwendung eines physikalisch basierten Modelles zur Bestimmung der Temperaturverteilung in der Gipfelpyramide des Sonnblicks legt nahe, dass Permafrost im Wesentlichen auf nördliche Expositionen beschränkt ist, in süd-orientierten Bereichen jedoch nur sporadisch vorkommt. Die Messungen eines dichten Netzwerkes von Oberflächentemperatursensoren in zwei Hangbereichen im Sonnblickgebiet legen nahe, dass Permafrost für Nordexpositionen in Seehöhen über 2500 m und für Südexpositionen in Seehöhen über 2750 m wahrscheinlich ist. Diese Oberflächentemperaturmessungen bestätigen an 60% der Messstandorte eine unabhängige empirische Modellierung der Permafrostverbreitung im Sonnblickgebiet.____

Spatio-temporal patterns of permafrost have been monitored in the Sonnblick region (Austrian Central Alps) since 2006, capturing both permafrost in bedrock at the summit of Sonnblick as well as permafrost in the debris cover of two slopes with different aspect (North and South, with an area of about 1.5km² for each test field). The monitoring covers measurements in boreholes, at the ground surface, by geophysical methods (ground penetrating radar GPR, seismic) and laser scanning, respectively. Additionally, extensive meteorological measurements are available from the Sonnblick Observatory. From these measurements it is evident that detection of significant temporal changes of permafrost patterns clearly need longer observation periods. However, there are first clear results on spatial patterns of permafrost in the Sonnblick region. For the summit area of Sonnblick GPR measurements show a thickness of the debris cover of about 2.5 m, of which the uppermost about 1.5 m are the active layer (derived from borehole temperatures). From borehole tomography a thickness of jointed bedrock with open, probably ice-filled joints, down to a depth of about 9 m was derived. Simulations of ground temperatures of the Hoher Sonnblick summit pyramid with a physical-based model approach indicates that permafrost is restricted to north-facing slopes, whereas south-facing slopes have only sporadic permafrost. Measurements from a spatially dense ground surface temperature network from the two slope sites, however, indicate that permafrost is probable in the Sonnblick region at elevations above 2500 m a.s.l. for north-facing slopes and above 2750 m a.s.l. for south-facing slopes. The data from the slope sites coincide in 60% of the locations with an empirical model approach developed for the Austrian Hohe Tauern region.