Neue Technik ermöglicht permanente Beobachtung gefährdeter Gebirgsareale Ein Frühwarnsystem für Erdrutsche - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Neue Technik ermöglicht permanente Beobachtung gefährdeter Gebirgsareale

Ein Frühwarnsystem für Erdrutsche

Verheerender Hangrutsch in Doren 2007 © Friedrich Böhringer / CC by-sa 2.5

Als Folge des Klimawandels drohen in den Alpen und anderen Hochgebirgen immer mehr Hänge abzurutschen – mit fatalen Folgen für Mensch und Infrastruktur. Eine dauerhafte Überwachung aller gefährdeten Areale scheiterte bislang an zu hohen Kosten und zu großem Aufwand. Münchener Geoforscher haben nun ein preisgünstiges System entwickelt, das Hanglagen mithilfe mehrerer Technologien permanent beobachtet, Veränderungen auswertet und die betroffenen Kommunen frühzeitig vor drohenden Erdrutschen warnt. Die Wissenschaftler selbst erhoffen sich durch die langfristigen Messungen ein besseres Verständnis dieser Naturphänomene.

Doren im Bregenzerwald, Februar 2007: Auf einer Länge von 650 Metern bricht ein Hang weg, gewaltige Erdmassen rutschen in die Tiefe. Die nächstgelegenen Wohnhäuser stehen nur unweit der 70 Meter hohen Abbruchkante. Die Beinahe-Katastrophe ist kein Einzelfall. Geologen haben in den vergangenen Jahren in den Alpen und anderen Hochgebirgen zunehmend so genannte labile Bodenmassen beobachtet, die an Hanglagen ins Rutschen geraten und auf einem stabilen Untergrund unaufhaltsam Richtung Tal gleiten.

Ursache dafür sind nach Ansicht der Wissenschaftler vor allem stärkere Regenfälle und Schneeschmelzen aufgrund des Klimawandels, die den Untergrund aufweichen und gleichzeitig schwerer machen.

Teure Geräte

Potenziell gefährliche Bergflanken zu identifizieren, ist nicht allzu schwierig. Viele sind schon seit Jahrhunderten instabil, Überlieferungen zeugen von früheren Unglücken. In den Alpenländern stehen zudem geologische Aufnahmen zur Verfügung, die Risikokandidaten verraten. Eine permanente Überwachung aller unruhigen Massen aber war bislang unmöglich. Um Bewegungen aufzuspüren, mussten Experten Sonden in Bohrlöcher einlassen und an der Oberfläche aufgestellte Markierungspunkte vermessen.

Diese Geräte dauerhaft zu installieren, ist jedoch in der Regel schlichtweg zu teuer. So können die Kontrolleure nur in Abständen prüfen und gewinnen nur punktuelle Erkenntnisse über das Innenleben der Hänge.

Anzeige

Videotachymeter, der mit Laserscanner und Kamera Bewegungen natürlicher Ziele erkennt. © Forschungsgruppe alpEWAS

Bauteile „von der Stange“

Forscher der Technischen Universität München (TUM) und der Universität der Bundeswehr München haben nun Geosensoren entscheidend weiterentwickelt und mit einer Kontrollsoftware zu einem ebenso flexibel einsetzbaren wie kostengünstigen Frühwarnsystem verknüpft. Auch sie bohren an mehreren Stellen in den Untergrund.

„Die Bohrlöcher bestücken wir aber mit ganz simplen Koaxialkabeln, wie man sie beispielsweise von Antennenkabeln kennt“, sagt Professor Kurosch Thuro vom TUM-Lehrstuhl für Ingenieurgeologie. Die Wissenschaftler nutzen einen einfachen, aber effektiven Mechanismus: Gerät die obere Erdschicht ins Rutschen, wird das Kabel am Übergang zur unbeweglichen Schicht gequetscht. Ein kleines Übertragungsgerät an der Oberfläche registriert dies und leitet die Information weiter.

Daneben verteilen die Ingenieurgeodäten der Bundeswehruniversität um Professor Otto Heunecke Sensoren über den Hang, deren Position mittels GPS bestimmt werden kann. Auch hier lag die Herausforderung darin, mit preiswerten Bauteilen „von der Stange“ eine Messgenauigkeit im Millimeterbereich zu erreichen, um schon kleinste Verschiebungen zu registrieren.

Neue Generation von Messgeräten

Als Drittes setzen die Wissenschaftler eine neue Generation von Messgeräten ein, so genannte Videotachymeter, die mit Laserscanner und Kamera arbeiten. Musste man früher noch künstliche Reflektoren aufstellen, um Richtung, Entfernung und Höhe eines Ziels zu messen, erkennen die Geräte heute auch natürliche Ziele, beispielsweise Steine oder Baumstümpfe.

Die Forscher haben nun den Prototypen eines Herstellers so programmiert, dass er auch Bewegungen beliebig vieler Ziele erkennt. Der Tachymeter zeichnet die Struktur etwa eines Felsens auf, vermisst diese regelmäßig neu und registriert dabei Veränderungen. „Wenn wir keine Reflektoren aufstellen müssen, sparen wir erneut Geld“, sagt Professor Thomas A. Wunderlich vom TUM-Lehrstuhl für Geodäsie. „Und wir müssen nicht fürchten, dass sie von weidenden Kühen umgerannt werden.“

John Singer vom Lehrstuhl für Ingenieurgeologie prüft an einem Bohrloch auf dem Sudelfeld in Oberaudorf die vom Frühwarnsystem "alpEWAS" übermittelten Daten. © Forschungsgruppe alpEWAS

Dichtes Netz an Beobachtungspunkten

Mit diesen drei Komponenten knüpfen die Wissenschaftler ein dichtes Netz an Beobachtungspunkten über den Hang. Zusammengeführt werden die Daten in einer zentralen Datenbank. Das Gehirn des Systems wertet die Informationen zusammen mit weiteren Kennziffern aus, vor allem mit Wetterdaten.

Dreieinhalb Jahre lang haben die Forscher ihre Entwicklung auf dem Sudelfeld im oberbayerischen Oberaudorf getestet. Dort bewegt sich eine Bergflanke und bedroht mehrere Almen und eine Bundesstraße. „Die Datenreihen zeigen uns eindrucksvoll, was der Hang durchlebt, wie sich Niederschlag und Frost bemerkbar machen, was mechanisch vor sich geht“, sagt Thuro. „Wir verstehen jetzt viel mehr von dieser Bewegung.“

Auswertung der Daten ermöglicht Frühwarnungen

Einzelne Ereignisse können die Wissenschaftler deshalb besser beurteilen. Als beispielsweise der Hang im Mai 2010 innerhalb kurzer Zeit um vier Millimeter abrutschte, wussten sie, dass die auf den ersten Blick geringe Distanz für dieses Areal außergewöhnlich und deshalb besorgniserregend war. Mehr noch: Die Auswertung der Daten ermöglicht sogar Frühwarnungen, bevor der Hang sich überhaupt bewegt hat.

„Weil wir nun wissen, wie sich dort Regenfälle auswirken, konnten wir einen Grenzwert festlegen“, erklärt Thuro. Überschreitet der Grundwasserdruck einen bestimmten Wert, schlägt das System Alarm. „Dann gibt es noch circa zweieinhalb Tage Zeit zwischen dem Anstieg des Pegels und einer Hangbewegung.“

Gefährdete Hänge sperren

Betroffene Kommunen können den Forschern zufolge aus dem System einen unmittelbaren Nutzen ziehen, weil es ihnen die Daten ohne Umweg zur Verfügung stellt – übersetzt in verständliche Schaubilder und Erklärungen. Nach einer Frühwarnung können die Verantwortlichen je nach Gefahr Hänge sperren, den Verkehr umleiten oder Häuser evakuieren.

Die Forscher entwickeln nun das System unter dem Titel „Early Warning System for Alpine Slopes (alpEWAS)“ mit zwei Industriepartnern zur Marktreife. Erste Interessenten haben sich bereits gemeldet, in Doren ist ein Teil des Systems sogar schon im Einsatz. Nicht nur für die Anwender, auch für die Wissenschaft selbst verspricht sich Thuro deutliche Fortschritte: „Je mehr Hänge wir dauerhaft untersuchen, desto mehr verstehen wir größere Zusammenhänge zwischen einzelnen Ereignissen und dem Makroklima in den Gebirgen.“

(Technische Universität München (TUM), 07.04.2011 – DLO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

Dossiers zum Thema

Verlierer Mensch? - Folgen des Klimawandels für die menschliche Gesellschaft

Klimawandel in Deutschland - Wie verändert sich unser Klima bis 2100?

Regen - Wolken, Wetter, Wassertropfen

Wetterextreme - Klimatische "Ausrutscher" oder Folgen des Klimawandels?

Gebirge als Lebensraum - Bedeutung und Bedrohung

Erdrutsche - Gefahr am Berg

Nie wieder Pompeji? - Frühwarnsysteme bei Vulkanausbrüchen

News des Tages

Geminiden

Ursprung der Geminiden geklärt?

Klimawandel gefährdet arktische Infrastruktur

Kohlekraftwerke als Ultrafeinstaub-Schleudern

Prostatakrebs: Künftig genauere Prognosen?

Künstliches Perlmutt nach Maß

Bücher zum Thema

Geologie für Neugierige - Was Sie schon immer über Gebirge, Kristalle und Erdbeben wissen wollten von Graham Park

Landschaftsformen - Unsere Erde im Wandel - den gestaltenden Kräften auf der Spur von Karsten Schwanke, Nadja Podbregar, Dieter Lohmann und Harald Frater

Katastrophen - Eine Kulturgeschichte vom 16. bis ins 21. Jahrhundert von Francois Walter

Im Zentrum der Katastrophe - Was es wirklich bedeutet, vor Ort zu helfen von Richard Munz

Naturkatastrophen - Wirbelstürme, Beben, Vulkanausbrüche von Karsten Schwanke, Nadja Podbregar, Dieter Lohmann und Harald Frater

Die Erde schlägt zurück - Wie der Klimawandel unser Leben verändert von Eva Goris und Claus-Peter Hutter

Minerale und Gesteine - Mineralogie - Petrologie - Geochemie von Gregor Markl

Eine unbequeme Wahrheit - von Al Gore, Richard Barth, Thomas Pfeiffer

Wir Wettermacher - von Tim Flannery

Der Klimawandel - von Stefan Rahmstorf und Hans J. Schellnhuber

Wetterkatastro- phen und Klimawandel - Sind wir noch zu retten? von Hartmut Grassl u. a.

Berge aus dem All - vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (Hrsg).

Gebirge der Erde - Landschaft, Klima, Pflanzenwelt von Conradin A. Burga, Frank A. Klötzli und Georg Grabherr

Allgemeine Geologie - Eine Einführung in das System Erde von Frank Press und Raymond Siever

Die Alpen - Geschichte und Zukunft einer europäischen Kulturlandschaft von Werner Bätzing

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige