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Nach dem Felssturz am Hörnligrat am Matterhorn im Jahr 2013: nun wird der Fels an Millionen von Messpunkten überwacht

Das Matterhorn mit dem Weiler Tuftern im Vordergrund. Foto: Wandervogel / <a href="https://commons.wikimedia.org/"target="_blank">Wikimedia Commons</a>

Erfasst wird, wie das Eis in den Poren und Rissen schmilzt und wie der Fels ohne diesen Kitt instabil wird

Im Hitzesommer 2003 ereignete sich am Matterhorn ein Felssturz, der die Öffentlichkeit und die gleichermaßen aufschreckte: Am Hörnligrat in 3500 m Höhe brachen 1500 Kubikmeter Fels ab – das entspricht etwa dem Volumen von zwei Einfamilienhäusern. Rasch wurde Fachleuten klar: Die Rekordhitze hatte den Fels bis in größere Tiefe erwärmt und das Eis geschmolzen, das in Poren und Rissen enthalten war. Dadurch fehlte plötzlich der Kitt, der die Felsmassen zusammenhielt.

Der Felssturz war Auftakt für das Projekt PermaSense, ein interdisziplinäres Forschungsvorhaben von Geo- und Ingenieurwissenschaftlern der ETH Zürich und weiterer Institutionen, darunter den Universitäten Zürich und Basel.
Das Projekt startete 2006 mit dem Ziel, neuartige Messungen und Beobachtungen durchzuführen. Seitdem haben 17 verschiedene Sensortypen an 29 Stellen am Grat und an der Abbruchstelle verteilt 115 Millionen einzelne Datenpunkte geliefert.

Zum Sensornetzwerk zählt unter anderem eine automatische Spiegelreflexkamera, die alle 2 Minuten Bilder von der Abbruchstelle schießt; Abstandsmessungen in Felsspalten (Crackmeter) gehören dazu, welche die Weitung von Klüften und den Versatz von Felsbrocken zueinander messen.

Jan Beutel bei der Arbeit an Sensoren im Bereich des Felssturzes von 2003. Foto: PermaSense / ETH Zürich

In verschiedenen Felstiefen, aber auch an der Oberfläche werden Temperaturen gemessen. Permanent ermitteln Neigungsmesser und GPS-Sensoren, wie sich einzelne Felsköpfe und auch der ganze Grat talwärts neigen und ob sich das ändert.

Insbesondere mithilfe seismischer Sensoren ist es gelungen, sehr viele Ereignisse – etwa die ursprünglich nicht sichtbare Rissbildung in Felsen – zu registrieren. Der Nachteil dieser Sensoren ist jedoch: sie brauchen Kabel, mehr Strom, tiefere Bohrlöcher, welche erst gebohrt werden mussten. Und sie zeichnen auch Signale auf, die gar nicht vom Berg stammen.

Anhand der gesäuberten Seismik-Daten aber zeigte sich ein interessantes Bild: „Die Resonanzschwingungen, die in Felsen auftreten, variieren über das Jahr hinweg stark“, sagt Jan Beutel, Senior Researcher am Institut für Technische Informatik und Kommunikationsnetze der ETH Zürich. Das hängt mit dem Tauen und Gefrieren am Berg zusammen: Das Gemisch von Eis und Sedimenten in den Klüften ist im Winter steinhart gefroren, im Sommer aber taut es auf und der Verbund in den Rissen verändert sich. Dadurch wird der freistehende Teil des Felsens grösser, der Felsen schwingt mit einer tieferen Frequenz. Im Winter ist es umgekehrt: dann schwingt der Stein mit einer höheren Frequenz.

Sehr schnelle abrupte Veränderungen solcher Schwingungsmuster deuten darauf hin, dass sich die Stabilität einer Felspartie rasch verändert hat, sagt Beutel. Sinken die Frequenzen rasch, kann dies heißen, 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.

Earth System Science Data

Quelle: ETH Zürich

(20.08.2019)