Bergstürze werden berechenbarer

Sie sind gewaltig. Sie reißen alles mit – und jeden. Die Rede ist von Bergstürzen [1]. Solche Massenbewegungen sind eine für uns unschöne Kehrseite der Geologie. Plötzlich macht sich ein großes Gesteinspaket auf den Weg nach unten. Die Zerstörungswut ist immens: leicht können über 500.000 Kubikmeter Gerölle einen Berg hinabpoltern. Prähistorisch ist sogar noch mehr drin: Es gibt Hinweise, dass im Himalaja schon über zwei Kubikkilometer (2.000.000.000 Kubikmeter!) große Bergstürze stattgefunden haben. Das ist aber wohl Jahrtausende her und Geologen können heute nur die gebliebenen Geröllhalden bestaunen.

[Video fehlt] Ein kleinerer Bergsturz aus den Schweizer Alpen

Reibung schmilzt Gestein

Schon bei heute üblichen Bergstürzen sind die freigesetzten Energien immens. Die richtigen Großlawinen können Geschwindigkeiten von 100 km/h erreichen [2]. Besonders massereiche Rutschpartien sollen auch schon 200 km/h schnell werden.

Der Köfelsit: ein Bims-artiges Silikatgestein, das bei Hangrutschen entsteht (Bild: CC-BY-SA Mestermann, Wikimedia Commons)
Der Köfelsit: ein Bims-artiges Silikatgestein, das bei Hangrutschen entsteht (Bild: CC-BY-SA Mestermann, Wikimedia Commons)

Im ausgehenden 19. Jahrhundert fanden Geologen in alpinen Geröllfächern im Ötztal sogar ehemals geschmolzenes Gestein, das entfernt Bimsstein ähnelt. Erst in den 1970er Jahren bestätigte unter anderem die Arbeit vom Regensburger Professor Ekkehard Preuss: die hinabrumpelnde Masse wurde an ihrer Unterseite so heiß, dass sie aufschmolz. Bei silikatischen Gesteinen sind dafür Temperaturen von über 1700 Grad Celsius nötig. Aber immerhin könnte diese Erhitzung die enormen Geschwindigkeiten erklären. Offenbar verhält sich die Rutschbasis der Megalawine wie ein Luftkissen aus Staub und Schmelzanteilen, die nun umso reibungsärmer und somit schneller nach unten gleiten kann [3].

Massenströme im Gebirge sind auch sonst kein Spaß. Meist finden sie in ziemlich entlegenen Gebieten statt und werden zunächst übersehen. Bergflanken setzen sich außerdem eher in Bewegung, wenn noch eine zweite Naturgewalt auf sie einwirkt: 2009 brach etwa der Taifun Morakot über Taiwan ein, führte zu Rekordfluten an den Küsten und ließ etliche Flüsse anschwellen. Völlig unbemerkt ergoss sich währenddessen ein gewaltiger Schlamm- und Geröllstrom über ein steiles Tal tief in den Zentralbergen Taiwans. Er zerstörte ein 1300-Einwohner-Dorf restlos und begrub dabei 600 seiner Bewohner. Der taiwanesische Zivischutz war an diesem Tag aber so beschäftigt, dass die Außenwelt (und die ohnehin beschäftigten Helfer) erst viele Stunden später davon erfuhren.

Bergstürze überwachen wie Erdbeben

Nun gibt es gerade ein spannendes Science-Paper [4], das zumindest den Informationsfluss in Zukunft verbessern könnte. Geophysiker der Columbia University haben sich einmal die Seismogramme der letzten 30 Jahre angeguckt, die vom Global Seismographic Network aufgezeichnet worden sind (eigentlich ein Messverbund, der Atomtests und große Beben belauschen soll). Die Stationen zeichnen wohl ständig niederfrequente lange Schwingungen auf, deren Ursprung überwiegend unklar ist. Zehn solche Ereignisse gibt es jeden Monat.

Eine der Ursachen für das tiefe Dröhnen haben die Seismologen jetzt auf Bergstürze zurückgeführt. Sie haben dafür schlicht die Koordinaten trianguliert, wie man es auch bei Erdbeben tut. Danach haben sie in Google Maps Satellitenbildern nachgeschaut, ob dort ein zwischenzeitlich zerbröselter Berghang am Talgrund liegt. Und dann haben sie mal nachgesehen, ob schon irgendwo darüber berichtet worden war. Zumindest bei zwei Bergstürzen in Alaska und im chinesischen Himalaya waren sie die ersten, die überhaupt davon berichtet haben.

Die Methode geht aber noch ein bisschen weiter – und da wird es wirlich interessant. Denn ein großer Bergsturz geht schon mal dutzende Sekunden lang. Oft ist das kein gleichförmiges Dröhnen, sondern eher ein Abrutschen, dann ein innehalten, dann wieder ein stärkeres Abrutschen. Oft wird der Gesteinsstrom auch durch ein Hindernis aufgehalten oder schwächt sich ab. Die Seismogramme sind wohl gut genug, um das alles zu sehen: selbst, in welche Himmelsrichtung sich der Strom bewegt und wieviel Masse überhaupt unterwegs ist.

Wenn man sich nun vorstellt, ein Rettungshelfer zu sein, während ein Jahrhunderttaifun das ganze Land lahmgelegt hat: Da wäre es schon hilfreich, sofort erfahren zu können, das sich gleichzeitig irgendwo Berg in Bewegung gesetzt hat. Und genau das – so schlagen es die Geophysiker vor – dürften sie bald automatisch aus den Seismogrammen ablesen können.

Wen es interessiert: ich habe im Deutschlandfunk einen kleinen Beitrag dazu gemacht.

Bergsturz Randa in den Alpen: plausibel, dass große Bergstürze gefährlich sein können, etwa indem sie Flusstäler aufstauen und Fluten auslösen (Bild: CC-BY-SA 3.0 DE Wandervogel, Wikimedia Commons)
Bergsturz Randa in den Alpen: plausibel, dass große Bergstürze gefährlich sein können, etwa indem sie Flusstäler aufstauen und Fluten auslösen (Bild: CC-BY-SA 3.0 DE Wandervogel, Wikimedia Commons)

[1] Was genau ein Bergsturz ist, wechselt im geologischen Sprachgebrauch. Das Standardwerk Allgemeine Geologie [2] verwendet bei so großen Massenbewegungen zusammenfassend landslide – und auf dieser Ebene bewegt sich der Bergsturz in diesem Beitrag.

[2] J. Grotzinger, T. H. Jordan, F. Press, R. Siever, Allgemeine Geologie, Spektrum Akademischer Verlag, 5. Auflage (2008), S. 447f

[3] Oft ist auch noch Wasser mit im Spiel. Dann beginnt die geologische Nomenklatur von einem Bergsturz auf Schutt- oder Schlammstrom umzuschwenken. Aber wie immer in der Natur lässt sich all das schwer trennen. Meist beginnt es (weit oben in den Bergen) mit einem trockenen Bergsturz, weiter unten wird das rollende Sediment dann feiner und womöglich auch feuchter.

[4] G. Ekström und C. Stark: Simple Scaling of Catastrophic Landslide Dynamics, Science 339 (2013), DOI: 10.1126/science.1232887

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www.pikarl.de

Karl Urban wäre gern zu den Sternen geflogen. Stattdessen gründete er 2001 das Weltraumportal Raumfahrer.net und fühlt sich im Netz seitdem sehr wohl. Er studierte Geowissenschaften und schreibt für Online-, Hörfunk- und Print-Publikationen. Nebenbei podcastet und bloggt er.

5 Kommentare

  1. Bergstürze werden nachweisbar, …

    nicht berechenbar. Berechenbar lässt an voraussagbar denken – und das geht ja genauswenig wie bei Erdbeben.

    Erstaunlich ist für mich eigentlich mehr, dass es so lange gedauert hat, bis jemand auf die Idee kam, die bereits vorhandenen Aufzeichnungen auf solche Muster abzusuchen und den Zusammenhang zu Bergstürzen herzustellen.
    Wer weiss was sich in den vielen Daten, die heute aufgezeichnet werden noch alles finden lässt.
    Wertet man die Daten des Global seismographic networks automatisch aus, sollten Bergstürze wohl ähnlich wie Erdbeben in Minuten bis Stunden detektiert und lokalisiert sein.
    Innteressant scheint mir die Möglichkeit sogar Richtung und Masse des Bergsturzes festzustellen. Das erinnert an die anderen Anwendungsgebiete für die man das Global seimographic network einsetzt, nämlich die Strukturaufklärung des Erdinnern, die bis hin zu einer eigentlichen Tomographie des Erdinnern geht. Nicht umsonst schreibt ein Team von GSN-Enthusisasten im Aritkel The Global Seismographic Network
    Surpasses Its Design Goal
    (Zitat) “one can imagine the great and exciting contributions yet to be made by
    future GSN data, which will affirm the importance of sustaining this network.”
    Solche globalen Sensorenmesswerte haben wirklich unschätzbaren Wert. Und jedermann kann jederzeit auf die erhobenen Daten via Internet zugreifen.
    Inzwischen wird das GSN-Netzwerk um Stationen erweitert, die in ozeanischer Kruste liegen (am Boden des Pazifiks und Atlantiks). Mit solchen im Ozean platzierten Seismometern, aber sogar mit landbasierten Seismometern kann man sogar die Meeres-Wellenhöhen aus dem seismometrischen Rauschen herausfitlern.

  2. @MH

    Ja, das seismische Rauschen birgt viel Potential.

    Zu den Bergstürzen: die werden in der Tat berechenbarer. Im Begleittext zum genannten Science-Paper gibt es eine schöne Statistik: seit dem ausgehenden 19. Jahrhundert wurden weltweit 300 Bergstürze detektiert, aber fast nie von Geologen beobachtet. Begünstigende Prozesse fürs Abrutschen sind also gar nicht voll verstanden – genauso wenig wie das Abrutschen selbst. Bei dem bisher unentdeckten Bergsturz im Himalaja fanden die Geophysiker hier etwa einen Hinweis, dass es gar nicht ein einzelnes Rutschereignis war. Es waren vier hintereinander liegende.

    Es fehlt also einige Theoriearbeit – nach der zumindest das Risiko für große Bergstürze einfacher abgeschätzt werden könnte.

  3. Seismik

    Das Problem bei der Erkennung von Bergstürzen ist, dass es sich um ein (im Wortsinn) chaotisches Ereignis handelt.

    Seismische Vorgänge lassen sich relativ einfach erkennen, wenn sie singulär sind (Erdbeben, Sprengung) oder eine Periodizität (bspw. Wellenschlag) zeigen.

    Ein Bergsturz hat keinen klaren Startpunkt und er erzeugt ein Gemisch an seismischen (Kompressions- und Scher-) Wellen mit zufälligen Frequenzen und Überlagerungen. Diese Signale werden noch durch andere Vorgänge maskiert (Straßenverkehr, Windbewegungen, Gezeiten) und sind damit nur im Nahbereich überhaupt zu erkennen.

    Eine Vorhersage ist nur möglich, indem ein bekanntes Risikogebiet kleinräumig mit Sensoren (hochfrequente Geophone, Dehnungsstreifen, GPS) online überwacht wird. Und das ist -einschließlich der nachgeschalteten Auswertungs- und Alarmierungskette- teuer.

  4. @RK

    Die Geophysiker haben hier mit einem Trick gearbeitet, dieses Problem der Erkennung zu verhindern. Sie sagen: jedes Ereignis, was von Erdbebendiensten gemeldet wird, ist ein Erdbeben (Bergstürze melden die nicht). Alles was dann übrig bleibt (10 niederfrequente Ereignisse/Monat) werden mit aktuellen Satellitenbildern abgeglichen. Alles davon, was in Gebirgsregionen liegt, erfährt einen Vorher-Nachher-Vergleich. Zusammen mit der Latenz der Erdbebendienste ergibt sich eine thereotische automatische Erkennungszeit neuer Bergstürze von rund 24 Stunden.

    Zur Instrumentierung: das GSN ist in der Tat recht weit verstreut und somit grob. Das reicht für Oberflächenwellen-Magnituden ab 5. Große Bergstürze machen sowas. Man braucht also keine neuen Stationen für diese automatische Erkennung.

    Den Beweis haben die Geophysiker aus New York State hier getan: sie haben ja tatsächlich aus dem GSN-Datenmaterial der letzten 30 Jahre mehrere bekannte und neue Hangrutsche rausgefischt. Und wie Martin Holzherr schreibt: es wird derzeit weiter ausgebaut.

  5. Nachtrag: Vorhersage

    Offenbar gibt es auch Ideen eines Vorhersagesystems für Hangrutsche. Einfließen sollen Wettervorhersagen (z.B. Starkregen) und Informationen über Höhenprofile, Hangneigungen und Landnutzung:
    http://www.planeterde.de/…searchterm=hangrutsche

    Wenn ich das richtig verstehe, spuckt das System am Ende aber nur einen Wert fürs aktuelle Rutschungsrisiko aus. Das man hanggenau vorhersagen, was passieren würde, glaube ich kaum.

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