01. Dez. 2016

Auf Brücken überquert die Qinghai-Tibet-Bahn den Permafrost des tibetischen Hochlandes.

Rund ein Viertel der Landoberfläche auf der Nordhalbkugel ist von Permafrost bedeckt. Dabei geht es nicht nur um einsame Weiten, durch die allenfalls Rentier- oder Yakherden ziehen. Vielmehr leben auch Millionen Menschen auf dauerhaft gefrorenem Boden. Das stellt sie vor immense technische Herausforderungen, die sich durch den Klimawandel noch verstärken.

Seit zehn Jahren bindet eine Bahnstrecke die tibetische Hauptstadt Lhasa an die chinesischen Zentren - so eng wie noch nie zuvor in der Geschichte. Am 1. Juli 2006 wurde die Strecke zwischen Lhasa und Golmud in der Provinz Qinghai eröffnet. Insgesamt 1142 Kilometer lang führt sie über den Tanggula-Pass, mit 5072 Metern der höchste Eisenbahnpass der Erde. Das Besondere an dieser Strecke: Sie verläuft über rund 550 Kilometer hinweg über Permafrost. "Es ist ein Ingenieurtechnisches Bauwerk, wie es, glaube ich, kaum ein anderes auf der Welt gibt", schwärmte Hans-Wolfgang Hubberten, der emeritierte Sektionsleiter für Periglazialforschung am Alfred-Wegener-Institut auf der diesjährigen Internationalen Permafrosttagung, die seine Sektion in Potsdam ausrichtete.

"Tibet wird oft als der dritte Pol der Erde bezeichnet, entsprechend groß waren die Herausforderungen", sagt Fujun Niu. Niu ist stellvertretender Direktor am Forschungsinstitut für Umwelt- und Ingenieurwissenschaften für kalte und aride Regionen in Lanzhou, einem Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Eine aktuelle Abschätzung von Wissenschaftlern der Akademie im EGU-Journal "The Cryosphere" weist für das Hochland von Tibet rund eine Million Quadratkilometer Permafrost aus, umgerechnet rund 40 Prozent seiner Fläche. geographisch liegt das Hochland etwa auf der Höhe des Maghreb, also weit von den frostigen Polen der Erde entfernt.

Entsprechend groß sind auch die Herausforderungen an die Ingenieure, die die Qinghao-Tibet-Bahn konstruierten. Sie müssen auf einem Grund, der mal getaut und mal tiefgründig gefroren ist und sich deshalb senkt und hebt, tragende Fundamente für eine zweigleisige Bahnstrecke legen, über die derzeit fünfmal am Tag Personenzüge aus Peking, Schanghai oder Chengdu mit bis zu 100 Stundenkilometern brausen. "Die größte Sorge haben uns die Gebiete bereitet, in denen der Permafrost warm und eisreich ist", erklärt Niu. "Warm" ist der Permafrost nach dieser Lesart, wenn seine Temperatur nur noch bei -1,5 Grad liegt, eisreich ist er, wenn das Eis 20 Volumenprozent überschreitet. Weite Teile in Tibet gehören zur warmen Permafrostkategorie.

Produktionsanlage des Alpine Oilfields an der Nordküste Alaskas.
Bild: Paxson Woelber/CC BY-SA 2.0
Kanadischer Permafrost liegt zutage.
Bild: Wisconsin State University/Canadian Geological Survey
Ein Zug der Qinghai-Tibet-Bahn auf dem Dach der Welt.
Bild: Jan Reurink/CC BY-SA 2.0
Talnakh, ein Stadtteil Norilsks, die größte Stadt auf Permafrost.
Bild: Ninaras/CC BY-SA 4.0

Oberstes Ziel der Eisenbahn-Bauer war daher, die dauerhaft gefrorenen Boden unterhalb der Gleisbauwerke erst gar nicht auftauen zu lassen. Die Dämme, auf denen die Gleise geführt werden, wurden daher in besonders kritischen Bereichen bereits während des Baus mit Kryo-Lanzen gekühlt, in denen nach dem Prinzip eines Wärmetauschers dem Boden Energie entzogen wird. Ein Großteil der Dämme wird überdies mit groben Steinen gebaut und nicht mit verdichtetem Erdreich. So kann der eiskalte Wind in den Boden eindringen und ihn abkühlen. Den gleichen Zweck haben Belüftungsrohre die quer durch die Dämme gezogen werden. Blenden auf der Sonnenseite halten die tagsüber eingestrahlte Energie fern. Nach zehn Betriebsjahren scheinen die chinesischen Experten mit dem Bauwerk zufrieden zu sein. "Die Wartungsprobleme halten sich in Grenzen", berichte Fujun Niu in Potsdam, "es sind in erster Linie die Anschlüsse an die Brücken, die Schwierigkeiten machen." Denn Eisenbahndamm und Brücken verhalten sich im Jahresverlauf. wenn die obersten Bereiche des Permafrostbodens mal tauen, mal wieder gefrieren, verschieden.

Die große Unbekannte ist der Klimawandel. "Es gibt kaum eine Region auf diesem Planeten", sagt Hans-Wolfgang Hubberten, "wo die Erwärmung und der Rückgang des Permafrost es so dramatisch ist wie auf dem Tibet-Plateau." Die chinesischen Betreiber der Bahnlinie und auch der Überlandstraßen, die das Hochland durchziehen, müssen sich auf große Schwierigkeiten vorbereiten. "Wir erwarten eine fortschreitende Verschlechterung der Bedingungen", so Niu, "das Gebiet des Permafrosts wird sich verkleinern und auch die Dicke der Frostschicht wird sinken. Das wird Konstruktionen wie diese Bahnlinie in Zukunft ernsthaft beeinflussen." Das heißt, der Unterhalt der vier Milliarden Dollar teuren Bahnverbindung auf das Dach der Welt wird künftig sehr viel schwieriger werden als ohnehin schon.

Vor steigenden Unterhaltskosten für die Infrastruktur im Permafrost stehen alle betroffenen Staaten, zu allererst Russland, wo zu Sowjetzeiten das von allen Nationen ehrgeizigste Besiedlungsprogramm verfolgt worden ist. Großstädte gibt es nur auf dem sibirischen Permafrost: Die Bergbaumetropole Norilsk ist mit rund 175.000 Einwohnern die größte Stadt überhaupt auf dauerhaft gefrorenem Boden. "Die nördlichste Stadt der USA ist Barrow in Alaska. Sie liegt ungefähr auf derselben Breite, aber sie hat nur 4000 Einwohner", erklärt Nikolaj Schiklomanow, Geographie-Professor an der George-Washington-Universität in der US-Hauptstadt. In den gewaltigen Weiten Nordsibiriens wurden schon unter den Zaren Siedlungen angelegt, vor allem als Verbannungsorte für Regimegegner. In den Zeiten der kommunistischen Herrschaft wurde das durch ein immens breit angelegtes Erschließungsprojekt ergänzt, denn der eisige Norden winkte mit reichen Bodenschätzen.

Auf dem Höhepunkt der sowjetischen Macht lebten Millionen Menschen jenseits des Polarkreises, Häfen, Kreuzungspunkte von Straßen und Bahnlinien, Flussübergänge, Minen wurden zu Kristallisationspunkten für Städte. Doch schon damals spürten die Herrscher im Kreml, welchen Preis die Erschließung Arktis hat. "In den 70er Jahren verschlang der Unterhalt der Städte im Permafrost sechs Prozent des Bruttosozialprodukts", berichtet Schiklomanow. Die tiefgreifende Wirtschaftskrise nach dem Zusammenbruch des Warschauer Paktes traf die arktischen Städte hart, die Bevölkerung ging drastisch zurück. Manche Städte verwandelten sich von Metropolen in verlassene Weiler.

"Heute sehen wir widersprüchliche Trends", erklärt Valeri Grebenets, Professor für Geologie und Glaziologie an der Moskauer Lomonossow-Universität. Auf der einen Seite erholen sich Wirtschaftszentren wie Norilsk wieder von den Auszehrungen der 90er-Jahre. Daneben treten neue Städte wie Salechard, die Hauptstadt des Autonomen Kreises der Jamal-Nenzen. Die Stadt mit rund 45.000 Einwohnern ist ein Zentrum der russischen Erdgasindustrie und so etwas wie ein Schaufenster von Gazprom. "Es gibt modernste Krankenhäuser, Theater, Konzerthallen", zählt Grebenets auf. Auf der Schattenseite stehen ehemals blühende Industriestädte wie das Kohlezentrum Workuta oder der Holzumschlagplatz Igarka am Jenissei. "Hier sind 80 Prozent der Gebäude marode und keine Besserung in Sicht", so der Moskauer Permafrostexperte.

Der laufende Klimawandel wird den Druck auf die Städte in der russischen Arktis noch einmal verstärken. "In der freien Natur spielt es keine so große Rolle, wenn der Auftauboden immer tiefer reicht", sagt Grebenets, "aber für die Fundamente der großen Wohnblöcke ist es entscheidend, ob der Boden einen Meter tief auftaut oder zukünftig vielleicht zwei oder mehr Meter." Gerade in den weitflächig mit Asphalt und Beton versiegelten Städten müssen daher Maßnahmen getroffen werden, um möglichst viel Kälte in den Boden zu leiten. Daher experimentiert man in Norilsk ebenfalls mit der Belüftung des Fundaments und zumindest das privatisierte Nickel-Kombinat hat für seine eigenen Gebäude die strengen Permafrost-Inspektionen aus der Sowjetzeit wieder aufgenommen. Damals wurden alle Gebäude der Stadt regelmäßig auf Schäden untersucht, Blessuren umgehend beseitigt. Aus Geldmangel wurden nach dem Ende des Kommunismus diese Inspektionen eingestellt.: "Ich hoffe, dass die Stadt sie mit Hilfe des Kombinats auch wieder aufnimmt", sagt Grebenets.