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Klimawandel:Der Permafrost auf dem tibetischen Hochplateau könnte komplett verschwinden

Kanada gehört zu den "großen vier", die besonders mit der Instabilität des Permafrosts zu kämpfen haben, weil auf sie der Löwenanteil der 20 Millionen Quadratkilometer ständig gefrorenen Bodens entfällt. Mit zum Club gehört neben Russland und den USA noch China. Dieses grenzt zwar nicht an die Arktis, will aber seine Kontrolle über Tibet mit Hochspannungsleitungen, einer Eisenbahn und Straßen über das von Permafrost durchzogene Hochplateau festigen. Bei allen Projekten müssen die Ingenieure schon seit Jahren auch an den Klimawandel denken.

Der Permafrost auf dem tibetischen Hochplateau könnte bei einer ungebremsten Erwärmung zum Ende des Jahrhunderts beinahe komplett verschwinden, zeigen Modellrechnungen. Die chinesischen Ingenieure treiben darum großen Aufwand, ihre Bauwerke zu schützen. Sie nutzten zum Beispiel für die gut 1200 Hochspannungsmasten auf Permafrost vier verschiedene Typen von Betonfundamenten, die entweder besonders tief in den Boden versenkt wurden oder sich am unteren Ende tellerförmig verbreiterten. Dennoch lief manches unerwartet, erzählt Qihao Yu von der chinesischen Akademie der Wissenschaften. Etwa ein Viertel der Betonträger habe sich in vier Jahren Betrieb bewegt.

Viele Fundamente werden gezielt gekühlt: Die Ingenieure haben bis zu vier sogenannte Thermosiphons pro Pfeiler eingesetzt. Dabei handelt es sich um verkapselte Metallrohre, die oben aus dem Bauwerk ins Freie ragen. Sie sind mit einem Kältemittel wie Kohlendioxid gefüllt, das unter hohem Druck verflüssigt wurde. Ist im Winter der Boden wärmer als die Luft, verdunstet das Mittel unten im Rohr. Das Gas steigt auf; oben angekommen kondensiert es wieder und tropft zurück. Die Wärme wird dabei aus Fundament oder Untergrund gezogen und an die Luft abgegeben. Im Sommer hingegen stellt sich im Rohr ein stabiler Zustand ein; es leitet dann keine Wärme ins Erdreich. "Mit solchen Thermosiphons kann man den Boden regelrecht kühlen und zum Beispiel auch Erddämme einfrieren", sagt Lukas Arenson.

Der Boden unter den Gleisen muss mit metertiefen Konstruktionen gekühlt werden

Mit Thermosiphons kühlt auch die Firma von Torsten Mayrberger die Pfeiler einer neuen Brücke in Alaska. 430 Meter misst sie, nach Darstellung des deutschstämmigen Ingenieurs von der Firma PND Engineers ist sie die längste der nordamerikanischen Arktis. Sie überspannt den Nigliq Channel, einen Seitenarm des ins Polarmeer fließenden Colville River, damit der Ölkonzern Conoco-Philips Produktionsanlagen im Gebiet westlich davon ganzjährig erreichen kann. Die sieben Pfeilergruppen der Brücke wurden in einem einzigen Winter im Tal versenkt. Manche stecken in gefrorenem Boden, andere dort, wo der Fluss sein Bett schon lange aufgetaut hat. Der Untergrund besteht aus Schichten von Sand, Kies, Schlamm und Lehm; eine Pfeilergruppe durchstößt eine unterirdische Soleblase. Auf jede Besonderheit mussten die Planer Rücksicht nehmen.

Solchen Aufwand können Ingenieure bei den vielen Hundert Kilometer langen Pisten und - vor allem in Asien - Gleisen der Arktis nicht treiben. Sie behelfen sich mit metertiefen Unterkonstruktionen aus zerstoßenem Fels, durch deren Poren Luft zur Kühlung unter der Fahrbahn hindurch strömen kann. Quer eingezogene Rohre können die Zirkulation noch verbessern. Senkrecht stehende Schornsteine lassen angestaute Wärme entweichen. Über kritischen Stellen der Böschung bringen die Planer Blenden an, die Schatten spenden; helle Beimischungen im Straßenbelag oder weißer Kies im Gleisbett verringern die Absorption von Sonnenlicht. Geflochtene Matten aus Kunstfasergewebe im Straßendamm leiten Feuchtigkeit ab und verhindern ein Verrutschen des Baumaterials. Dennoch passiert es immer wieder, dass sich gerade unter den Böschungen der Straßen die aktive Schicht deutlich vergrößert, die im Frühsommer auftaut. Die übliche Folge sind Längsrisse und Senkungen am Rand der Fahrbahn.

Manche der Probleme lassen sich nur mit internationaler Hilfe lösen, darum tauschen sich die Ingenieure auf Kongressen aus. Für die Wohnungsprobleme in der russischen Arktis-Metropole Norilsk gibt es womöglich eine Lösung mit kanadischer Technik. Wie Nikolai Shiklomanov berichtet, wurde dort vor Kurzem zum ersten Mal seit Jahrzehnten ein neues Wohnhaus gebaut. Statt der früher üblichen Gebäude aus schweren Fertigbauelementen errichteten die Arbeiter auf einem der alten Fundamente eine leichte Stahlrahmenkonstruktion. Sie hat auch nicht fünf bis neun Stockwerke wie die alten Häuser, sondern nur drei. Mehr kann der tauende Permafrost nicht tragen.

© SZ vom 11.11.2016/fehu
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