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Resonanzen im Fels

Wie sich Felsstürze ankündigen

Analysen der so aufbereiteten Seismik-Daten zeigten Beutel und Kollegen ein interessantes Bild: „Die Resonanzschwingungen, die in Felsen auftreten, variieren über das Jahr hinweg stark.“ Das hängt mit dem Tauen und Gefrieren am Berg zusammen. Viele Klüfte und Risse sind mit Eis und Sedimenten gefüllt. Dieses Gemisch ist im Winter hart gefroren. Im Sommer taut es auf, der Verbund in den Rissen verändert sich.

Forscher am Matterhorn
ETH-Forscher Jan Beutel bei Unterhaltsarbeiten am Sensor-Netzwerk auf dem Matterhorn. © ETH Zürich/ PermaSense

Durch das Tauen des Eises wird der aus der Permafrostbasis herausragende Teil des Felsens größer. Der Felsen schwingt dank eines größeren Resonanzvolumens dadurch mit einer tieferen Frequenz. Umgekehrt ist dies im Winter: Weil er von mehr Eis umschlossen ist, schwingt der Fels dann mit einer höheren Frequenz. „Das funktioniert wie eine Gitarre – je nachdem, wo man den Hals ergreift, verändert man die Schwingungslängen der Saiten, was andere Töne erzeugt“, erklärt Beutel.

Veränderte Schwingungsmuster als Vorboten

Sehr schnelle abrupte Veränderungen der seismischen Schwingungsmuster können darauf hindeuten, dass sich die Stabilität einer Felspartie verändert hat, wie Beutel erklärt. Sinken die Frequenzen rasch, kann dies bedeuten, dass sich ein bestehendes Risssystem stark vertieft oder geöffnet hat. Und das bedeutet dann ein steigendes Risiko in Bezug auf einen größeren Felssturz oder -Abbruch.

„Wir können also mit seismischen und akustischen Messungen, gekoppelt mit Messungen von Spaltenweiten und Fotografien der Untersuchungsstelle, ziemlich genau abbilden, wie sich der Permafrost verändert und Voraussagen machen, wo sich etwas anbahnen könnte“, sagt Beutel. „Ich halte dies für eines der besten Resultate, die wir im Rahmen von PermaSense erzielten.“

Piz Cengalo
Gipfel des Piz Cengalo vor dem Felssturz. © Anidaat/CC-by-sa 4.0

Einsatz auch am Piz Cengalo

Doch noch ist die Messkampagne am Matterhorn nicht abgeschlossen, sie läuft weiter. Zusätzlich möchten die Forscher ihr bei PermaSense erworbenes Knowhow nun auch auf andere Projekte übertragen. Denn dieses technische und geologische Wissen könnte für die Naturkatastrophen-Vorhersage an weiteren kritischen Orten im steilen Gelände oder an Bergen genutzt werden.

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Eine Anwendungsmöglichkeit sieht Beutel beispielsweise am Piz Cengalo im Bergell. Dort ereignete sich im Sommer 2017 ein gewaltiger Felssturz von mehreren Millionen Kubikmetern Umfang, der mehrere Menschen in Tod riss. Die Experten erwarten, dass es an diesem Berg noch zu weiteren Felsstürzen kommen wird. Sie überwachen daher den Berg rund um die Uhr mit Radar. In-situ-Messungen fehlen aber bisher.

Beutel könnte sich vorstellen, ein Sensornetzwerk wie am Matterhorn am Pizzo Cengalo zu installieren und zu betreiben. Er versteht dies als einmalige Chance, mehr über die Vorgänge in steilem Permafrost zu lernen, insbesondere über die Mechanismen, die steilen, gefrorenen Fels instabil werden lassen und zum Absturz bringen.

Mehr zum Projekt PermaSense und seinen Ergebnissen: Earth Systen Science Data, doi: 10.5194/essd-11-1203-2019

Quelle: ETH Zürich

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Datenschatz vom Matterhorn
Sensor-Messnetz gibt Einblick in Permafrost und Felssturzgefahr

Ein Berg unter Beobachtung
Das Projekt PermaSense

Schmelzender Kitt
Was Klimawandel, Permafrost und Felsstürze verbindet

Einzigartiger Schatz
Zehn Jahre an hochaufgelösten Daten

Resonanzen im Fels
Wie sich Felsstürze ankündigen

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