Gestein in Bewegung

Sie sind in Tirol allgegenwärtig und prägen nicht nur das Landschaftsbild der Alpen: Bergstürze als weit verbreitetes Phänomen in Gebirgsregionen werden an der Fakultät für Geo- und Atmosphärenwissenschaften unter der Leitung von Prof. Bernhard Fügenschuh seit Jahren hinsichtlich ihrer klimatischen Auswirkungen und geologischen Eigenschaften untersucht.
bergsturz_ipoint
Bild: Bergsturzschutt aus Granitgneisen des Ötztal-Kristallins im Bergsturz von Tumpen im Ötztal, Tirol. (Bild: Christoph Prager)

Das kleine im Schweizer Kanton Glarus gelegene Bergdorf Elm wurde am 11. September 1881 zum Schauplatz einer tragischen Naturkatastrophe. An einem Berghang lösten sich geschätzte 10 Millionen Kubikmeter Fels und rasten ähnlich einer Lawine mehrere Kilometer talwärts. Beinahe das ganze Dorf wurde zerstört, 115 Menschen starben. Der angesehene Schweizer Geologe Albert Heim reiste an den Ort des Geschehens, dokumentierte die Katastrophe und suchte nach Erklärungen. Wie konnten derartige Gesteinsmassen innerhalb kürzester Zeit Distanzen von mehreren Kilometern überwinden? „Dieser erste Versuch einer Analyse kann als Geburtsstunde der Bergsturz-Forschung angesehen werden“, sagt Diethard Sanders, Leiter des Instituts für Geologie der Uni Innsbruck. Die Untersuchung von Bergstürzen avancierte seit Ende des 19. Jahrhunderts somit zu einer eigenen Forschungsdisziplin. Der Geologe arbeitet gemeinsam mit Dr. Christoph Prager von der alpS GmbH (gegründet als Zentrum für Naturgefahren Management Innsbruck) intensiv an der Erforschung von Bergstürzen. Eine wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dieser Thematik hat für die Wissenschaftler gesamtgesellschaftliche Relevanz: „Es ist uns ein großes Anliegen, dass gerade in von Gebirgen geprägten Gebieten wie Tirol ein besseres Verständnis von Bergstürzen, die zu großen Katastrophen führen können, angestrebt wird“, sind sich Sanders und Prager einig.

Bergsturz vs. Felssturz

Laut Definition sind Bergstürze sehr große Felsbewegungen, die mit hoher Geschwindigkeit in Sekunden oder wenigen Minuten aus Bergflanken niedergehen und im Ablagerungsgebiet ein Volumen von mehr als einer Million Kubikmeter umfassen bzw. eine Fläche von mehr als 100.000 Quadratmeter bedecken (Abele 1974). Bergstürze können dabei Geschwindigkeiten von über 300 km/h erreichen. „Von dieser Kombination aus gewaltigen Felsmassen und hoher Geschwindigkeit geht die große Gefahr aus“, verdeutlicht Sanders. Eine exakte begriffliche Abgrenzung ist hier wichtig, da die alltagssprachlich häufig verwendeten Ausdrücke wie Steinschlag oder Felssturz andere geologische Phänomene bezeichnen. Felsstürze sind kleiner und jeder Stein bewegt sich einzeln, ganz im Gegensatz zum Bergsturz, der mindestens eine Million Kubikmeter Fels umfasst. „Der Bewegungsmechanismus des Bergsturzes ist außerdem von einer starken Wechselwirkung zwischen den Gesteinstrümmern geprägt“, erklärt Christoph Prager. Bis in die 90er Jahre waren sich Geologen noch einig, dass Bergstürze zur Fortbewegung „Schmiermittel“ wie Schnee, Eis oder Schlamm bräuchten. Im Zuge von Feldforschungen konnte allerdings festgestellt werden, dass Prozesse innerhalb der sich bewegenden Felsmasse ausschlaggebend sind. Alle Bergstürze weisen ein gemeinsames Merkmal auf: Unter einer Oberfläche aus verschieden großen Blöcken besteht das Innere der Sturzmasse aus stark zertrümmertem Gestein. Die Beweglichkeit dieser anfangs sperrigen Massen ergibt sich somit aus der Zermahlung des Gesteins im Inneren. Dieses Zerbrechen während des Bergsturzes hält die Gesteinstrümmer durch zahlreiche elastische Stöße so weit auseinander, dass nicht nur die Beweglichkeit gewährleistet bleibt, sondern auch sehr hohe Geschwindigkeiten erreicht werden können.

Innsbrucker Methode

Datierung und Prognose sind die beiden wichtigsten Schlagwörter in der Arbeit der Innsbrucker Forscher. Bis in die 1980er Jahre wurde angenommen, dass die meisten Bergstürze knapp nach der letzten Eiszeit stattgefunden hätten und durch klimatische Veränderungen zu erklären seien. „Für mehr Datensicherheit versuchten dann viele Geologen Altersdatierungen vorzunehmen und entwickelten unterschiedliche Untersuchungsmethoden“, erklärt Sanders. 2006 begannen die Geologen der Uni Innsbruck und von alpS mit einer umfassenden Untersuchung des berühmten Fernpass-Bergsturzes, der mit etwa einem Kubikkilometer Volumen und einer Reichweite von mehr als 15 Kilometern der drittgrößte der Ostalpen ist. Im Zuge der Forschungsarbeiten am Fernpass entwickelten die Wissenschaftler die so genannte „Innsbrucker Methode“ zur Altersbestimmung der Sturzmassen. „Wir konnten feststellen, dass sich unter den riesigen Felsbrocken eine spezielle Art von Kalk ablagert, der die radioaktiven Elemente Uran und Thorium enthält. Das Radioaktivitätsverhältnis dieser beiden Elemente lässt Rückschlüsse auf das Alter der Sturzmasse zu“, so Sanders. Da viele Bergstürze die Ablagerung derartiger Kalke aufweisen, ist die Methode international anwendbar. Die bisherigen Untersuchungen ergaben, dass viele Bergstürze noch verhältnismäßig jung sind. Laut Prager haben sich viele dieser Gesteinsbewegungen erst vor wenigen tausend Jahren ereignet – ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den klimatischen Bedingungen knapp nach dem Ende der Eiszeiten und einem vermehrten Auftreten von Bergstürzen ist daher nicht festzustellen.

Schutz durch Prognose

Die Ursachen für Bergstürze sind sehr vielfältig. „Ein hohes Relief zwischen Tal und Gipfel sowie Schwächezonen in Gesteinen, die zum Tal geneigt sind, erhöhen das Risiko für das Loslösen von Gesteinsmassen“, erklärt Prager. „Diese so genannten Schwächezonen können dabei unterschiedliche Formen annehmen: Klüfte und weiche Gesteinsschichten gelten als häufige Ablöseflächen, um nur zwei Beispiele zu nennen“. Das Wissen um die Ursachen und Eigenschaften von Bergstürzen lässt die Geologen auch Prognosen für zukünftige Ereignisse oder potenzielle Risikogebiete erstellen. „Ein Bergsturz ereignet sich nicht völlig unangekündigt, sondern lässt sich mittlerweile in vielen Fällen zumindest so zeitnah prognostizieren, dass entsprechende Schutzmaßnahmen wie intensive Überwachungen oder Evakuierungen getroffen werden können“, betont Prager. In jenen Gebieten, in denen Bergstürze häufig vorkommen, können Überwachungsstationen eingerichtet werden, die auf Veränderungen des Berges sehr sensibel reagieren und frühzeitig Alarm auslösen. „Wir werden diese Naturgewalten nie verhindern können. Indem wir aber ihre auslösenden Faktoren wissenschaftlich untersuchen, können wir die Bewegung von Gestein besser verstehen lernen – und einen Beitrag zum Schutz der Bevölkerung leisten“, so die Geologen.

Dieser Artikel ist in der Dezember-Ausgabe des Magazins „wissenswert“ erschienen. Eine digitale Version ist hier zu finden (PDF).