Permafrost ist rein thermisch dadurch definiert, dass Fels, Lockermaterial oder Boden für mindestens zwei aufeinanderfolgende Jahre unter 0 ^∘C bleiben, unabhängig vom Wassergehalt des Materials. Diese Definition fällt oft nicht mit dem tatsächlichen Gefrierpunkt zusammen, da z.B. Gesteinsdruck, gelöste Ionen im Porenwasser und die Krümmung von kleinen Porenräumen den Gefrierpunkt verändern. Auch unterhalb des Gleichgewichtsgefrierpunkts gibt es noch flüssiges Wasser, das erst beim Erreichen eines noch tieferen spontanen Gefrierpunkts friert. Permafrost ist im Gegensatz zu Gletschern eine meist versteckte Vereisung, die dadurch in Erscheinung tritt, dass sich das thermische, hydraulische, mechanische und biotische Verhalten der gefrorenen Felsen, Lockermaterialien oder des Bodens abrupt ändert. Während die Erforschung der Vergletscherung der Alpen und polarer Gebirge auf eine mehr als 150-jährige Geschichte zurück blickt, rückte der Permafrost, als verborgene Vereisung im Innern von Böden, Schuttmassen und Felsen in den polaren Gebieten erst 1909 mit Walery von Lozinski in den Fokus und wird in den Hochgebirgen erst seit den ausgehenden 70er Jahren verstärkt untersucht. Für die Veränderungen von Permafrost in polaren Gebieten und im Hochgebirge gibt bis auf wenige Ausnahmen erst seit den 1960er bzw. 1980er Jahren verlässliche Messreihen, was die Analyse der Auswirkungen des Klimawandels heute erheblich erschwert.

Die Quantifizierung und Modellbildung der Geowissenschaften hat auch die Permafrostforschung in der letzten Dekade erheblich verändert. Als übergeordnete neue Fragestellungen haben sich folgende Trends herausgestellt:

1. Thermische Modelle. Sowohl für den polaren als auch für den Hochgebirgspermafrost wurden großräumige thermische Modelle entwickelt, die Strahlungshaushalt, latente und sensible Wärmeflüsse berücksichtigen. Für zahlreiche lokale Einflussfaktoren wie Schnee- und Vegetationsbedeckung und komplexe 3D Topographie wurden und werden zahlreiche spezielle Modelle entwickelt.

2. Hydrologische Modelle. Es gibt einen umfangreichen Trend zur hydrologischen Modellbildung und auch Benchmarks an denen die Effektivität der hydrologischen Modelle getestet werden kann.

3. Mechanische Modelle. Sowohl im alpinen als auch im polaren Bereich wurden mechanische Modelle entwickelt die den Einfluss des gefrorenen und getauten Untergrundes zu quantifizieren versuchen.

4. Ökosystemare Modelle. Die Einwirkung der Permafrostdegradation auf Vegetation und polare/hochalpine Ökosysteme ist ein jüngst rasch expandierendes Forschungsthema.

5. Paläoumweltentwicklung und Geochronologie der Permafrostlandschaften. Neben der Weiterführung der klassischen kryolithologischen und paläontologischen Forschungen haben sich neue Methoden zur Untersuchung alter DNA und mikrobieller Prozesse in den Jahrzehntausende alten gefrorenen Ablagerungen entwickelt und etabliert. Diese ermöglichen wesentlich breitere Untersuchungen der vergangenen ökologischen Entwicklung vor allem in den polaren Gebieten. Weiterentwickelte geochronologische Methoden, vor allem der Lumineszenzdatierungen, ermöglichen exaktere und wesentlich weiter in die Vergangenheit reichende Altersbestimmungen.

6. Kohlenstoffkreislauf und -emissionen. Zahlreiche Publikationen des letzten Jahrzehnts befassen sich mit der Berechnung und der Charakterisierung der organischen Substanz, die in Permafrostablagerungen eingefroren ist und eine wichtige Treibhausgasquelle bei der heutigen und zukünftigen verstärkten Erwärmung der polaren Landschaften darstellt. Biomarker, ursprünglich in der Erdölforschung genutzt, haben sich als hervorragende Indikatoren für die Qualität der gefrorenen organischen Substanz erwiesen.

7. Geophysikalisches 4D Monitoring. Refraktionsseismik, elektrische Resistivitäts-/Impedanz-Tomographie, Bodenradar und weiter Methoden werden zunehmend eingesetzt um quantitative Parameter wie Eisgehalte, Wassergehalte und thermische Bedingungen abzuschätzen in 2D und 3D. Änderungen werden über wiederholtes Monitoring quantifiziert und können so invasionsfreie Einblicke in 4D Permafrost-Systementwicklung generieren.

8. Fernerkundliches Hochskalieren von Permafrosterscheinungen und deren Degradation. Fernerkundungsmethoden in engem Zusammenhang mit GIS-Methoden haben sich in den vergangenen Jahren für polaren und Hochgebirgsregionen rasant entwickelt. Zum einen haben sich die Techniken bei der Auswertung älterer Luft- und Satellitenbilder entschieden weiterentwickelt. Zum anderen werden neue Hochleistungssatelliten eingesetzt, die zum Teil auch speziell für die Permafrostforschung Daten erstellen. Die Kartierungen schwer zugänglicher Gebiete der Arktis unter verschiedensten Fragestellungen, die spektrale Untersuchungen permafrostbedingter Phänomene, sowie die Zeitreihenanalysen und Entwicklung automatisierter Auswertungsmethoden haben durch technische Entwicklung eine enorme Aufwertung erfahren.

9. Entwicklung polarer Küsten- und Flusssysteme. Die Berechnung von Abtragungsraten an Küsten und Flussufern und der Stoffeintrag in unterschiedliche aquatische Systeme bilden einen Schwerpunkt der polaren Küstenforschung. Zugleich wurden verstärkt Untersuchungen zur stofflichen Charakteristik des erodierten, transportierten und re-sedimentierten Materials vorgenommen. Dabei kommen neben Felduntersuchungen, Fernerkundungs- und GIS-Methoden, zunehmend auch moderne biogeochemische Methoden zum Einsatz.

10. Naturgefahren mit Permafrostdegradation. Die mit der Permafrostdegradation einhergehenden unmittelbaren Naturgefahren und -risiken rücken zunehmend in den Fokus der Forschung. Rasche Permafrostdegradation im Wirkumfeld von Infrastruktur in polaren Gebieten führt zunehmend zu geotechnischen Problemen. In alpinen Gebieten und auf dem tibetischen Hochplateau werden Veränderungen der Permafrostsysteme zunehmend in die Planung von Infrastruktur einbezogen und entsprechende Mess- und Modellierungsverfahren entwickelt sowie geotechnische Maßnahmen entwickelt.

11. Interaktion Permafrost und Infrastruktur/Mensch. Die Ingenieurtechnische Modellierung des Einflusses von Permafrostdegradation auf Infrastrukturelemente ist in den Alpen Forschungsfront und in den polaren Permafrostgebieten etabliert; der interdisziplinäre Austausch ist regional noch unterschiedlich stark entwickelt. Die Verknüpfung natur- und sozialwissenschaftlicher Forschungsansätze im letzten Jahrzehnt beleuchtet zunehmend gesellschaftliche Anpassungsprozesse in polaren und alpinen Gebieten.