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Detecting permafrost degradation using combined stable isotopes (2H and 18O) and anthropogenic 129I isotope chemistry in rock glacier meltwaters
Jakob Müller
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Sabine Kraushaar
DOI
10.25365/thesis.73212
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23495.60622.634868-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mit der fortschreitenden Erderwärmung wird Wasser, das unter der Erdoberfläche in Form von Permafrost gespeichert ist, in Zukunft immer größere Relevanz als Wasserressource erlangen. In näherer Vergangenheit wurden immer wieder Forderungen nach einer besseren Erforschung von eisgebundenem Wasser – insbesondere in Form von Permafrost, welcher bei einem globalen Temperaturanstieg im Vergleich zu Gletschereis verzögert auftaut – laut. In Gebirgsregionen tritt Permafrost oft in Form von Blockgletschern auf. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einige der Forschungslücken über alpinen Permafrost zu schließen, wobei der Fokus auf dem Abfluss von Blockgletschern liegt. Anhand der Quellwasseranalysen aus dem Kaiserbergtal, einem kleinen hochalpinen Tal in den Ötztaler Alpen, wurde der Frage nachgegangen, ob bzw. inwiefern sich Gletschereis, Regenwasser und Quellwasser in geochemischen Gesichtspunkten voneinander unterscheiden. Zu diesem Zweck wurden Informationen von konventionellen Wasserparametern, unter anderem von stabilen Isotopen, mit dem nicht so häufig verwendeten radiogenen Tracer Iod-129 (129I) kombiniert. Die stabilen Isotope 18O und 2H wurde verwendet, um Quellen mit Eisursprung zu finden. Mit der Konzentration des anthropogenen Isotops 129I lässt sich das Alter der Wässer relativ bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Quellen stark von Isotopenfraktionierung beeinflusst sind, was darauf hindeutet, dass das Wasser Gefrier-Tau-Prozesse durchlaufen hat. Die relative Altersbestimmung mit 129I zeigt, dass Quellen im Einzugsgebiet zu 74,4 % bis 96,1 % aus altem Wasser gespeist werden. Gemeinsam zeigen diese beiden Informationen, dass der größte Anteil des Quellwassers im Hoch- und Spätsommer aus auftauendem passive layer des Blockgletschers gespeist wird. Dieser Anteil ist bei Quellen in der Nähe des Talweges besonders hoch, in exponierten und höher gelegenen Gebieten etwas geringer. Der am besten untersuchte Blockgletscher im Zentrum des Forschungsgebiets verliert an einem Septembernachmittag rund 19 Liter Wasser, welches von Permafrost stammt, pro Sekunde. Diese in den österreichischen Alpen durchgeführte Studie lässt Schlüsse auf das Verhalten von Permafrost weltweit zu. Insbesondere das noch wenig genutzte anthropogene Iod-Isotop 129I zeigt das Potenzial, Probleme durch die kurze Halbwertszeit von Tritium (12,3 Jahre) zu überwinden und dieses als Tracer für Altersbestimmung zu ersetzen.
Abstract
(Englisch)
With global warming proceeding, water stored beneath the earth’s surface in form of permafrost will become increasingly important as a water resource in the future. Therefore, calls for further research about ice-bound water – especially in form of permafrost, which is expected to thaw delayed compared to glacier ice with a global increase in temperature – were made repeatedly in the past. In mountainous regions, permafrost occurs often in form of rock glaciers. This thesis aims at closing some of the existing research gaps about alpine permafrost with a focus on rock glacier runoff. Analyses of springs in a small high alpine catchment located in the Tyrolean Alps were done. In this so-called Kaiserbergtal Valley the question whether and how glacier ice, rainwater and spring waters differ from each other in a geochemical perspective was addressed. For this purpose, conventional water parameters, such as stable isotopes, were combined with the not that commonly used radiogenic tracer iodine-129 (129I). The footprint of the stable isotopes 18O and 2H was used to find springs with ice origin. Findings show that all spring waters are heavily influenced by isotopic fractionation, which points towards freezing-thawing-processes. Concentrations of the anthropogenic isotope 129I were used to retrieve information about the age of waters. This relative age determination shows that spring water in the catchment is fed by 74.4 % to 96.1 % of old water. All in all, the utmost part of spring waters in mid and late summer is fed by thawed permafrost passive layer. This rate is particularly high in springs located near the thalweg, rather than in more exposed and elevated locations. The best investigated rock glacier in the centre of the research area loses about 19 l/s water coming from old ice on a September afternoon. Although the study was conducted in the Austrian Alps, its findings let one draw conclusions on permafrost around the globe. Especially the rarely used tracer 129I shows potential for overcoming problems regarding tritium’s short half-life (12.3 a) and could replace it as tracer for age-measurements.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Iod-129 129I 2H Deuterium 18O stabile Isotopen Blockgletscher Permafrost Permafrostschmelze Alpen Kaunertal Kaiserbergtal Erderwärmung Klimawandel Hydrogeologie Hydrochemie
Schlagwörter
(Englisch)
Iodine-129 129I deuterium 18O stable isotopes rock glacier permafrost degradation Alps Kaunertal Kaiserbergtal global warming climate change hydrogeology hydrochemistry
Autor*innen
Jakob Müller
Haupttitel (Englisch)
Detecting permafrost degradation using combined stable isotopes (2H and 18O) and anthropogenic 129I isotope chemistry in rock glacier meltwaters
Paralleltitel (Deutsch)
Nachweis von Permafrostdegradation durch eine Kombination aus stabilen Isotopen (2H und 18O) und anthropogenem Iod-129 in Schmelzwasser von Blockgletschern
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
ix, 113 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sabine Kraushaar
Klassifikationen
38 Geowissenschaften > 38.09 Physische Geographie ,
38 Geowissenschaften > 38.32 Geochemie ,
38 Geowissenschaften > 38.43 Gletscherkunde ,
38 Geowissenschaften > 38.45 Geomorphologie ,
38 Geowissenschaften > 38.82 Klimatologie ,
38 Geowissenschaften > 38.85 Hydrologie. Allgemeines ,
38 Geowissenschaften > 38.87 Oberflächenwasser ,
38 Geowissenschaften > 38.88 Regionale Hydrologie ,
38 Geowissenschaften > 38.95 Umweltgeologie. Geoökologie ,
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung. Umweltschutz. Allgemeines ,
43 Umweltforschung > 43.12 Umweltchemie ,
43 Umweltforschung > 43.47 Globale Umweltprobleme ,
74 Geographie > 74.20 Deutschland. Österreich. Schweiz
AC Nummer
AC16785881
Utheses ID
66113
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |