Höhlengletscher oder Eishöhlen liegen an der Schnittstelle zwischen glazialen und periglazialen Prozessbereichen und betreffen Hohlräume, die das ganze Jahr über Eis und/oder Schnee enthalten. Es handelt sich um unterirdische Systeme, die durch eine negative Temperaturanomalie gekennzeichnet sind. In der Schweiz sind sie relativ häufig in Kalksteingebieten anzutreffen. Die Eishöhlen in Höhenlagen um 2.500 m ü. M. liegen innerhalb des Gebiets mit diskontinuierlichem Gebirgspermafrost (Abb. 1). Die Eishöhlen des Juramassivs und der Voralpen befinden sich hingegen in niedrigeren Höhenlagen, in denen die durchschnittliche jährliche Aussenlufttemperatur (MAAT) weit über 0 °C liegt.
Klassischerweise unterscheidet man je nach Dynamik der Luftzirkulation zwei Hauptkategorien von Eishöhlen: statische und dynamische Eishöhlen. Das in der Höhle vorhandene Eis kann entweder durch das Wiedergefrieren von Sickerwasser oder durch die Umwandlung von Schnee in Eis entstehen. In der Realität findet man oft gemischte Regime, die komplexer sind als die beiden unten dargestellten Fälle.
- Statische Eishöhle in einer Kaltluftfalle und/oder Schneefalle: Hohlräume mit einem oder mehreren Eingängen, die zum Himmel hin offen sind, stellen Kaltluftfallen und/oder Schneefallen dar (Abb. 2). Diese Art von Eishöhle zeichnet sich durch saisonal unterschiedliche Prozesse aus (Abb. 3). Im Winter ist das System offen, wobei ein Luftaustausch durch Konvektion stattfindet und kalte Luft in die Höhle eindringt. Je nach Geometrie der Eingänge kann sich auch Schnee in der Höhle ansammeln (Abb. 4). Im Frühling kann Schmelzwasser bis in die Höhle versickern und dort wieder gefrieren (Abb. 5). Parallel dazu wird der Schnee, der sich im Winter am Boden der Höhle angesammelt hat, nach und nach zu Eis. Während des Sommers ist das System geschlossen: Die im Winter gespeicherte Kaltluft ist dichter als die Aussenluft. In der Höhle kommt es zu einer thermischen Schichtung und der Bildung einer Kaltlufttasche, die das Abschmelzen des Eises begrenzt (Abb. 2). Ausserdem bleiben die kalten Temperaturen während des Sommers dank der latenten Wärme (siehe Factsheet Permafrost 2.1) erhalten, die durch das Schmelzen eines Teils des im Winter gefallenen Schnees entsteht. Im Juramassiv sind statische Eishöhlen wie die von St-Livres (Waadtländer Jura) und Monlési (Neuenburger Jura) auch durch den Wald, der fast immer die Umgebung der Höhle bedeckt, vor Sonneneinstrahlung geschützt (Abb. 6).
- Dynamische Eishöhle mit Kamineffekt: Diese Art von Eishöhle hat mehrere Eingänge auf unterschiedlicher Höhe, die eine Luftzirkulation durch Kamineffekt ermöglichen (Abb. 7). Im Winter wird aufgrund des Aufsteigens der wärmeren Luft aus der Höhle kalte Luft am unteren Eingang der Höhle angesaugt, wodurch die Höhlenwände abgekühlt werden und ein Kältereservoir entsteht. Im Sommer ist der Prozess umgekehrt und warme Luft wird von den oberen Eingängen angesaugt, da die kalte Luft durch die Schwerkraft ins Innere der Höhle abfliesst. Infolgedessen werden in Bezug auf die durchschnittliche jährliche Lufttemperatur (MAAT) zwei Temperaturanomalien (unten kalt, oben warm) beobachtet. Wasser, das durch die Risse im Gestein sickert, kann gefrieren, wenn es in den unterkühlten unteren Teil der Höhle gelangt. In der Schweiz fällt z. B. der Bereich nahe dem unteren Eingang des Gouffre des Diablotins (Freiburger Voralpen) in die Kategorie einer Eishöhle des dynamischen Typs (Abb. 8).
Auch wenn jede Eishöhle ihr eigenes thermisches und hydrologisches Verhalten hat, zeigt die Untersuchung mehrerer Eishöhlen in der Schweiz und in Europa eine klare Tendenz zu einer mehr oder weniger kontinuierlichen Abnahme des Eisvolumens während der letzten Jahrzehnte (Abb. 9). Diese Entwicklung hängt grösstenteils mit den beobachteten Veränderungen während der Wintersaison zusammen. So wirken sich mildere und schneeärmere Winter besonders auf die Eishöhlen in niedrigen und mittleren Höhenlagen aus. Auch die industrielle Nutzung des Eises einiger Eishöhlen hat zum Rückgang des Eisvolumens beigetragen.
Fig. 1 – Secteur englacé à l’intérieur du système de grottes karstiques du Lapi du Bou (région du Sanetsch). Située vers 2’500 mètres d’altitude, cette glacière se trouve à l’intérieur de la ceinture alpine du pergélisol discontinu.
Abb.1: Gefrorener Bereich innerhalb des Karsthöhlensystems des Lapi du Bou (Sanetschgebiet). Die Eishöhle liegt auf einer Höhe von 2.500 m ü. M. innerhalb des Bereichs mit diskontinuierlichem Gebirgspermafrost.
Fig. 2 – Glacière statique : modèle simplifiée d’un piège à neige et/ou à air froid dans des puits karstiques (adapté de Lismonde, 2002 & Luetscher, 2005).
Abb.2: Statische Eishöhle: Vereinfachtes Modell einer Schnee- und/oder Kaltluftfalle in Karstschächten (angepasst nach Lismonde, 2002 & Luetscher, 2005).
Fig. 3 – Evolution annuelle des températures de l’air à la Glacière de Monlési. Durant la saison hivernale, une bonne corrélation est observée entre la température de l’air dans la grotte et la température de l’air extérieur. Durant l’été, les températures très stables et proches de 0 °C sont attribuables au changement de phase de la glace (en l’occurrence de la fonte) (source : Luetscher & Jeannin, 2004).
Abb.3: Jährliche Entwicklung der Lufttemperaturen in der Eishöhle von Monlési. Während der Wintersaison ist eine gute Korrelation zwischen der Lufttemperatur in der Höhle und der Temperatur der Aussenluft zu beobachten. Während des Sommers sind die sehr stabilen Temperaturen nahe 0 °C auf den Phasenwechsel des Eises (in diesem Fall Schmelzen) zurückzuführen (Quelle: Luetscher & Jeannin, 2004).
Fig. 4 – Puits d’entrée de la glacière de St-Livres (Jura vaudois).
Abb.4: Eingangsschacht der Eishöhle von St-Livres (Waadtländer Jura).
Fig. 5 – Stalagmites de glace en forme de bambou dans la glacière de Monlési (Jura neuchâtelois). Cette grotte glacée contient le volume de glace le plus important de tout le Jura : environ 6’000 m3.
Abb.5: Bambusförmige Eisstalagmiten in der Eishöhle von Monlési (Neuenburger Jura). Diese Eishöhle enthält das grösste Eisvolumen im gesamten Jura: ca. 6000 m3.
Fig. 6 – La glacière de St-Livres (Jura vaudois) est une doline effondrée dans laquelle s’est accumulé un volume de glace de 1200 m3 pendant les siècles passés. Les premiers analyses des cernes et des datations 14C du bois fossile incrusté dans la masse de glace indiquent un âge des couches compris entre 50 et plus que 1200 ans BP (before present = avant 1950).
Abb.6: Die Eishöhle von St-Livres(Waadtländer Jura) ist eine eingestürzte Doline, in der sich in den vergangenen Jahrhunderten ein Eisvolumen von 1200 m3 angesammelt hat. Erste Analysen der Baumringe und 14C-Datierungen des in der Eismasse enthaltenen fossilen Holzes deuten auf ein Alter der Schichten zwischen 50 und mehr als 1200 Jahren BP (before present = vor 1950) hin.
Fig. 7 – Glacière de type dynamique. Le refroidissement est dû à une circulation d’air dans des conduits karstiques à deux entrées (tube à vent, effet de cheminée) (adapté de Luetscher, 2005).
Abb.7: Dynamische Eishöhle. Die Abkühlung wird durch eine Luftzirkulation in Karsthöhlensystemen mit (mind.) zwei Eingängen (Windrohre, Kamineffekt) verursacht (angepasst nach Luetscher, 2005).
Figure 8 – La salle de la cheminée dans la glacière dynamique des Diablotins en octobre 2009. Ce secteur se caractérise notamment par un plafond de glace et de nombreuses stalactites de glace.
Abb.8: Der “Kaminraum” in der dynamischen Eishöhle der Diablotins im Oktober 2009. Dieser Bereich zeichnet sich vor allem durch eine Eisdecke und zahlreiche Eisstalaktiten aus.
Fig. 9 – Reconstruction des fluctuations des volumes de glace dans différentes glacières de la chaîne du Jura. Toutes les glacières ont enregistrées une forte diminution de leur volume de glace depuis les années 1990. Les barres d’erreur reflètent l’incertitude (env. 30%) attribuée aux mesures et aux variations saisonnières du volume de glace (source : Luetscher et al. 2005).
Abb.9: Rekonstruktion der Schwankungen des Eisvolumens in verschiedenen Eishöhlen der Jurakette. Alle Eishöhlen haben seit den 1990er Jahren einen starken Rückgang des Eisvolumens verzeichnet. Die Fehlerbalken spiegeln die Unsicherheit (ca. 30%) wider, die den Messungen und den saisonalen Schwankungen des Eisvolumens zugrunde liegen (Quelle: Luetscher et al. 2005).