Ein Modell für Hangrutschungen aus Wasser und Gestein

Extreme Naturereignisse nehmen zu, zugleich wird der Planet immer dichter besiedelt. Damit steigt das Risiko von Katastrophen und die Notwendigkeit für Prävention. Dämme, Lawinenverbauungen und andere Schutzmaßnahmen wollen aber richtig platziert sein. Seit vielen Jahren werden Computerprogramme dazu verwendet, Hangrutschungen zu simulieren. Dabei wird aber in Bewegung geratenes Material in Muren oder Lawinen stark vereinfacht dargestellt, was ein Problem sein kann, wie der Geograph Martin Mergili von der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) erklärt. Zu einfache Modelle werden der komplexen Realität damit oft nicht gerecht. In einem vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Projekt hat eine Forschungsgruppe um Mergili nun eine Simulationsumgebung entwickelt, die ein realistischeres Bild von rutschendem oder fließendem Material zeichnen soll.

Komplexe Prozesse

Muren oder Lawinen seien generell schwierig zu simulieren, erklärt Mergili: „Da sind komplexe physikalische Prozesse im Spiel. Man hat Material von verschiedener Korngröße – von ganz feinem Schlamm bis hin zu großen Felsbrocken –, dazu Wasser, im Extremfall Eis und Schnee. Es gibt also viele Materialien, die zusammenwirken und sich als Gemisch zu Tal bewegen.“ Es gebe zwar einige Modelle auf dem Markt, um solche Prozesse von Lawinen über Muren bis hin zur Felslawine zu modellieren, doch: „Die meisten Modelle verwenden ein sogenanntes Ein-Phasen-Modell. Das Wasser, der Schutt, das wird alles zusammengefasst und als homogene Masse berechnet.“ Viele Naturereignisse ließen sich so aber kaum simulieren. Als Beispiel nennt Mergili den Bergrutsch von Bondo in der Schweiz vor einem Jahr, wo mehrere Millionen Kubikmeter Gestein abrutschten und schließlich als gewaltige Mure den Ort verwüsteten. Gestein und Wasser spielten hier zusammen, was bisherige Berechnungsmethoden an ihre Grenzen bringt.

Flüssige und feste Bestandteile in Muren

Ein weiteres, besonders komplexes Ereignis gab es in Peru, im Santa-Cruz-Tal des Cordillera-Blanca-Gebirges. Dabei rutschte ein Hang in einen See hinein und löste eine Flutwelle aus. „Der See ist dann übergelaufen und die Flutwelle hat einen tiefer gelegenen See erreicht“, erklärt Mergili. „So ist auch der See unterhalb übergeflossen und hat sehr viel an Lockermaterial erodiert. Das Ergebnis war eine Mure mit viel Wasser und losem Material, die sich noch einige Kilometer weit abwärts bewegt hat, bis sie einen dritten See erreicht hat, wo sie zum Stillstand kam.“ Für solche Phänomene würden bisherige Ein-Phasen-Modelle laut Mergili nicht genügen. „Genau für so komplexe Vorgänge braucht man ein Zwei-Phasen-Modell, damit Wasser und Schutt auch getrennt berücksichtigt werden“, erklärt der Forscher. Ein solches Modell entstand in einer internationalen Zusammenarbeit zwischen deutschen und österreichischen Universitäten unter der Leitung von Martin Mergili von der BOKU. Während in Deutschland die physikalischen Grundlagen ausgearbeitet wurden, war Mergilis Gruppe für die Einbindung realer Geländedaten zuständig. Den österreichischen Teil des Gemeinschaftsprojekts finanzierte der FWF.