Der Einfluss von Permafrost- und Gletscherrückgang auf Sturzprozesse im Hochgebirge

Während der Zusammenhang zwischen Gletscherrückgang und steigenden Temperaturen in den Alpen gut dokumentiert ist, gibt es bisher deutlich weniger Informationen zum Einfluss des Klimawandels auf Sturzprozesse wie Stein- und Blockschlag sowie Fels- und Bergstürze im Alpenraum.

Ein Zusammenhang zwischen der Zunahme von Sturzprozessen und Permafrost- sowie Gletscherrückgang lässt sich vermuten, aber vieles ist noch unklar. Nicht überall, wo sich Gletscher zurückziehen oder Permafrost auftaut, „brechen die Berge zusammen“.

Auch in Regionen ohne Permafrost oder Gletscherrückgang gibt es instabile Hänge, wie zum Beispiel am Hochvogel an der österreichisch-deutschen Grenze oder in der Bärenklamm in Mixnitz, Österreich, wo ein Felssturz mehrere Wanderer tötete.

Es stellen sich nun folgende Fragen: Wann und wo passieren solche Ereignisse? Welche Rolle spielt dabei der Klimawandel? Gibt es eine Möglichkeit, solche Ereignisse vorherzusagen?

Was sind Sturzprozesse überhaupt?

Zunächst bedarf es einer Erklärung geologischer Begriffe, um Unklarheiten zu vermeiden. In den Medien werden die Arten von „gravitativen Massenbewegungen“ oft vermischt und falsch dargestellt, so dass die dahinterliegenden Prozesse nicht richtig eingeordnet werden können und vertauscht werden.

Gravitative Massenbewegungen umfassen Fest- und Lockermaterial, das sich durch die Schwerkraft hangabwärts bewegt. Entscheidend ist dabei, wie sich das Material bewegt (also die Versagensart): Es wird zwischen Fließen, Gleiten (Rutschen), Kippen oder Stürzen einer Locker- oder Festgesteinsmasse unterschieden.

Dieser Text konzentriert sich auf Sturzprozesse im Felsgestein. Bei Sturzprozessen bewegt sich das Material im freien Fall, rollt oder springt mit hoher Geschwindigkeit hangabwärts. Je nach Größe der Komponenten werden Stein- und Blockschlag (einzelne Steine bzw. Blöcke), Felsstürze (mehrere tausend Kubikmeter) und Bergstürze (ab einem Volumen von einer Million Kubikmetern) unterschieden. Dabei gilt: Je größer das Volumen, desto weiter kommen die Gesteinsmassen und desto verheerender sind die Folgen.

Warum passieren Sturzprozesse?

Die Frage, warum bestimmte Felsflanken „zusammenbrechen“, also versagen, und andere, augenscheinlich gefährdetere Bereiche stabil bleiben, lässt sich nicht ad hoc beantworten, denn es ist kompliziert, sehr kompliziert.

Die Anfälligkeit für Sturzprozesse wird durch eine komplexe Wechselwirkung zwischen der Topografie, der vorliegenden geologischen Situation, den meteorologischen und klimatologischen Bedingungen, den jeweils vorherrschenden glazialen Prozessen sowie den Eigenschaften des Felses bestimmt.

Über lange Zeiträume verändert sich die Festigkeit einer jeden Felsflanke und Sturzprozesse sind „normale“ geologische Prozesse, die zum Abtrag und Erosion eines Gebirges führen. Wenn im geologischen Sinne von „langen Zeiträumen“ gesprochen wird, sind damit Tausende bis Millionen von Jahren gemeint.

Im Vergleich dazu hat der durch den Menschen verursachte Klimawandel in den letzten Jahrzehnten zu sehr schnellen Veränderungen geführt. Der Klimawandel hat verschiedene Folgen, die sich negativ auf die Stabilität von Felsflanken auswirken, wie den Rückzug von Gletschern, das Auftauen von Permafrost, extreme Niederschlagsereignisse und plötzliche Schneeschmelzen.

Um nun sagen zu können, ob es eine Zunahme von Sturzereignissen durch den Klimawandel gibt, müssen wir erst mal wissen wie viele es vorher schon gegeben hat. Dafür wären langjährige Messreihen notwendig, die es leider nicht gibt, da Sturzprozesse nie systematisch und flächendeckend erfasst wurden.

Was jedoch möglich ist, ist zu untersuchen, ob es mehr Sturzprozesse in Bereichen gibt, in denen die globale Erwärmung einen besonders großen Einfluss hat. In Regionen, wo der Temperaturanstieg zum Auftauen von Permafrost und zum Abschmelzen von Gletschern führt, ändern sich die Einflussfaktoren für Sturzprozesse besonders drastisch. Diese Bereiche werden nun genauer unter die Lupe genommen.

Wo entstehen Sturzprozesse?

In einer aktuellen Studie haben wir uns die räumliche Verteilung von Sturzprozessen in den Stubaier und Ötztaler Alpen in Tirol angeschaut. Mit Hilfe von flächendeckenden Geländemodellen von 2006 und 2017 aus Laserscandaten vom Amt der Tiroler Landesregierung haben wir ein Inventar der Felsausbrüche oberhalb der Waldgrenze erstellt (Abb. 2).

Das Geländemodell bildet die Topographie des Geländes ab und gibt für jeden Quadratmeter die Geländehöhe an. Vergleicht man die Geländemodelle von 2006 und 2017 miteinander, erkennt man, was sich in dem Zeitraum alles an der Oberfläche verändert hat. So erkennen wir zum Beispiel Block- und Felsstürze daran, dass sich die Höhe zwischen 2006 und 2017 durch das Ausbrechen von Material geändert hat und auch können wir die Höhenänderungen durch den Gletscherrückgang (Abb. 1 und Abb. 3) bilanzieren.

Mit Hilfe dieser Daten können nun Felsausbrüche identifiziert werden, die selbst für Expert:innen im Gelände schwer erkennbar sind. Wir konnten knapp 2000 Felsausbrüche zwischen 2006 und 2017 mit einem Volumen von mehr als 200 m³ identifizieren. Davon hatten 49 Ereignisse ein Volumen größer als 10 000 m³ und sieben Ausbrüche ein Volumen von mehr als 100 000 m³.

Zum Vergleich: Ein VW-Bus hat ein Volumen von etwa 19 m³. Das größte Ereignis hatte fast 200 000 m³, was etwa 10 500 VW- Bussen entspricht. Für den Einfluss des Klimawandels auf Sturzprozesse interessiert uns besonders, ob Ereignisse vermehrt dort auftreten, wo Permafrost auftaut und Eis schmilzt.

Wir haben eine Zunahme erwartet, aber die genauen Zahlen haben uns dann doch überrascht: Unsere Untersuchungen zeigen, dass 75 % aller Felsausbrüche im Bereich von auftauendem Permafrost aufgetreten sind. Der Anteil der Felsflanken, in denen Permafrost vermutet wird, beträgt jedoch nur etwa 20 % der von uns betrachteten Gesamtfläche aller Felsflanken (Abb. 4a).

Ebenso ist die Zunahme von Sturzprozessen im Zusammenhang mit dem Gletscherrückgang signifikant: 40 % aller identifizierten Felsausbrüche ereigneten sich in Felsflanken, die 1969 noch vollständig von Eis bedeckt waren.

Bedenkt man, dass dieser Bereich nur knapp 4 % der Gesamtfläche des Untersuchungsgebietes ausmacht, ist dies schon beachtlich (Abb. 4b). Die Ursache hierfür liegt im Fehlen der mechanischen Stabilisierung durch das Gewicht und den Druck des Eises nach dem Gletscherrückzug. Der Eisrückgang führt zu einer Veränderung der Spannungsverteilung und zu einer komplexen Neuausrichtung der mechanischen Kräfte in den betroffenen Felsflanken.

Ebenso wie beim auftauenden Permafrost spielen thermische Effekte wie Frost-Tau-Zyklen und die Erhöhung des Drucks durch das Eindringen von Wasser in die Klüfte eine Rolle. Das Vorhandensein von Permafrost und Gletscher hängt von der Höhe und Exposition ab.

Diese Abhängigkeit von Hangexposition und Höhe spiegelt sich somit auch in der räumlichen Verteilung der Felsausbrüche wider. Besonders gefährdet für Sturzprozesse sind Felswände in nördlichen Sektoren und oberhalb von 3000 m. Obwohl nur 22 % der Felsflächen oberhalb von 3000 m liegen, ereigneten sich hier 75 % aller Felsausbrüche (Abb. 5).

Die Ergebnisse und Daten zeigen eindeutig einen Zusammenhang zwischen Klimawandel und dem vermehrten Auftreten von Sturzprozessen im Hochgebirge. Dies stellt bereits jetzt eine enorme Herausforderung für die hochalpine Infrastruktur wie Straßen, Lifte, Hütten, Wege und alpine Routen dar. Mit steigenden Temperaturen wird diese Herausforderung noch zunehmen.

Was passiert bei Sturzprozessen?

Und wenn etwas ausbricht, was sind dann die Folgen? Zur Gefahr werden die Ausbrüche erst, wenn sich im Auslaufbereich Menschen aufhalten bzw. Infrastruktur betroffen ist. Daher ist die Abschätzung, wie weit die Sturzmassen kommen, ein wichtiges Thema in der Risikobewertung.

Je größer das Ausbruchsvolumen, desto größer ist die Reichweite der Felsblöcke. Während häufige kleine Ereignisse den unmittelbaren Bereich unterhalb des Ausbruches bedrohen, stellen (seltenere) sehr große Ereignisse ein großes Risiko durch ein hohes Zerstörungspotential und einen langen Auslauf dar.

Der Dauersiedlungsraum ist bisher nur extrem selten und indirekt von den durch den Permafrost- und Gletscherrückgang bedingten Sturzprozessen betroffen. Der Siedlungsraum kann durch sogenannte Kaskadeneffekte bedroht werden. Ein prominentes Beispiel ist der Bergsturz am Piz Cengalo in der Schweiz im Jahr 2017.

Hier hat ein Bergsturz im Hochgebirge durch die Aufprallenergie auf einen Gletscher innerhalb von Sekunden sehr viel Eis zum Schmelzen gebracht. Das große Ausbruchsvolumen in Kombination mit dem hohen Wassergehalt begünstigte eine sehr große Reichweite der Gesteinsmassen, welche in Form einer Mure im 6,5 km entfernten Ort Bondo Zerstörung anrichteten.

Wann passieren Sturzprozesse?

Das Inventar der Felsstürze zeigt, wo es zwischen 2006 und 2017 Felsausbrüche gegeben hat und wie groß diese waren. Den genauen Zeitpunkt können wir allerdings nicht in den Daten sehen. Das Wann ist jedoch von enormer Bedeutung für die Prognose von zukünftigen Ereignissen.

Der Zeitpunkt des Abgangs ist wichtig, um den Zusammenhang zu meteorologischen Ereignissen und Anomalien (Hitzewellen, Temperaturstürze und Schwankungen, Frost und Tauwechsel, plötzliche Schneeschmelze in Verbindung mit Starkniederschlag etc.) herstellen zu können. Ziel wäre es, in der Zukunft in der Lage zu sein, Wetterlagen zu erkennen, bei denen es im Hinblick auf Sturzprozesse im Hochgebirge gefährlich werden kann, und im Vorhinein schon eine Warnung für bestimmte Höhenlagen und Hangexpositionen aussprechen zu können.

Im Gegensatz zur Lawinenwarnung, wo sich der Schneedeckenaufbau über den Winter beobachten lasst und der Einfluss von Temperatur und Niederschlag auf die Schneedecke physikalisch leichter zu modellieren ist, fehlt bei Felsflanken auf regionaler und selbst auf lokaler Ebene das Wissen über den Aufbau und auch das Wissen über den genauen Auslöser.

Dennoch lässt sich beobachten, dass es einen Zusammenhang zwischen Wetteranomalien und einer Häufung von Sturzprozessen gibt. So warnte während der Hitzewelle im August 2023 die GeoSphere Austria im Alpenvereins-Wetterbericht erstmals, die außergewöhnlich hohen Temperaturen im Hochgebirge in der Planung von Hochtouren zu berücksichtigen.

Aber es sind nicht nur Hitzewellen, sondern auch die Kombination der vorausgegangenen Wetterlagen, welche z. B. zum Wassereintrag durch Niederschlag und Schneeschmelze in den Fels oder durch Frost und Tauwechsel einen Einfluss auf die Stabilität haben können. Um diese Wetterlagen zu erkennen, wird eine große Anzahl an Daten mit dem Zeitpunkt der Abgänge benötigt.

Auch wenn der Weg zur Prognose von Sturzprozessen noch sehr weit ist und die Forschung hier erst am Anfang steht, so müssen wir einmal Anfangen – und dies beginnt mit der systematischen Erfassung von Sturzereignissen.

Neuestes Felssturz-Ereignis am 22. Oktober2024 im Pitztal in Tirol betrifft eine Skipiste.

Fazit

Um wieder auf die Eingangsfrage zurück- zukommen: „Brechen die Berge durch den Klimawandel wirklich zusammen?“ Diese Frage können wir für die Bereiche, wo Permafrost und Gletscher abtauen, eindeutig mit Ja beantworten. In Regionen, wo Permafrost- und Gletscherrückgang keine Rolle spielen, müssen wir hingegen mit „wir wissen es noch nicht genau“ antworten.

Wetterextreme, veränderte Niederschlagsmuster und erhöhte Temperaturen können auch in Gebieten ohne Permafrost und Gletscherrückzug die Stabilität von Felsflanken beeinflussen. Aktuell ist die Datenlage jedoch noch nicht gut genug, um hier eindeutige Aussagen treffen zu können.