Berge unter Spannung

Wenn Gestein abbricht, ist dies nicht nur im Moment des Abbruchs hörbar, sondern schon Jahre früher. Am Beispiel des Hochvogels im Allgäu erklärt der Geomorphologe Michael Dietze, wie sich ein Felsabbruch akustisch ankündigt.

Geomorphologe Dr. Michael Dietze
Geomorphologe Dr. Michael Dietze © Michael Dietze

Durch den Gipfel des Hochvogels im Allgäu klafft ein riesiger Riss. Muss ich mir als Bergtourist akut Sorgen machen, dass der Fels bald abstürzt?

Prinzipiell passieren Felsstürze die ganze Zeit. Sie sind schon immer passiert und werden auch weiterhin passieren. Was sich über die letzten Jahrzehnte, zum Teil Jahrhunderte jedoch verändert hat, ist der Bereich der Landschaft, den der Mensch für sich erschließt. Und der rückt immer näher an die Gebiete heran, die steinschlaggefährdet sind. Das macht es umso wichtiger, systematisch zu messen, wo und wann Steinschläge und größere Massenbewegungen auftreten.

Die Forschungsarbeit am Hochvogel erfolgt über ein akustisches Verfahren mit sogenannten Geophonen. Diese werden ursprünglich in der Erdbebenforschung eingesetzt. Woher kam die Idee, diese auch zur Vorhersage von Felsstürzen zu testen?

Genau, klassischerweise werden Geophone oder Seismometer allgemein für die Erdbebenforschung eingesetzt oder auch für die Sondierung von sehr, sehr tiefen Strukturen in der Erde. Vor ca. 20 Jahren entwickelte sich dann daraus die Idee, diese Sensoren auch gezielt zu nutzen, um Erdoberflächenprozesse zu monitoren. Einige Aufzeichnungen sind zudem einem glücklichen Umstand für uns als Forscher und die Wissenschaft zu verdanken, als in Island und Japan zufällig in der Nähe von Massenbewegungen Geophone standen, die die Abbrüche gemessen hatten. Die waren aber eigentlich gar nicht dafür gedacht.

Wie muss man sich die gesamte Konstruktion der Geophone optisch vorstellen? Wie groß sind sie in etwa? Wie viele benötigt man? Wie schwer sind sie?

Ein guter Vergleich ist ein Kaffeepott: Ein Geophon ist ca. 10 Zentimeter hoch und misst ca. 10 Zentimeter im Durchmesser. Und sie sind auch recht leicht, etwa ein halbes Kilogramm. Sie werden von uns einfach in den Boden eingesetzt und mit einem Datenaufzeichnungsgerät verbunden, das ähnlich groß ist. Dann bedarf es noch einer Batterie. Alles ist somit gut im Rucksack zu transportieren.

Wie erfolgt die Installation auf dem sicher teils unwegsamen Berggelände?

Je nachdem, wo wir hin müssen, kommen wir entweder zu Fuß dorthin oder im unwegsamen Gelände mit dem Helikopter.

Die Grafik über die Frequenzaufzeichnungen am Hochvogel ist ja für Laien hübsch bunt, aber was können Forschende an dieser konkret ablesen?

Abbildung der Messdaten der Frequenz des Hochvogels. Oben das charakteristisches Sägezahnmuster.
Abbildung der Messdaten der Frequenz des Hochvogels.Oben das charakteristisches Sägezahnmuster. © Michael Dietze

Die Grafik zeigt, wie sich mit der Zeit, entlang der x-Achse dargestellt, die Schwingung des Berges ändert. Zur Vorstellung hilft eine Analogie aus der Musik: Wenn man eine Geigensaite anstreicht, schwingt sie in einem bestimmten Ton. Wenn man nun oben den Wirbel dreht und die Saite unter Spannung setzt, steigt auch der Ton an und genau das passiert auch beim Berg. Auch er wird zum Schwingen angeregt und hat eine bestimmte Eigenfrequenz, mit der er schwingt. Das besondere beim Berg ist, dass sich diese Tonhöhe bzw. Eigenschwingung ändern kann. Das heißt, sie kann ansteigen, was wir anhand der gelben Linie in der Grafik über drei, vier, fünf Tage ablesen können, und dann sehen wir auch, dass diese Frequenz innerhalb von ein bis zwei Tagen auch wieder sehr schnell absinken kann.

Das heißt, bei tiefen „Tönen“ bzw. Werten Entspannung und bei hohen Tönen Spannung?

Ganz genau. Und letztlich steigt die Spannung genau dann an, wenn die Felsmasse sich beginnt zu bewegen und dann verhakt: Denn es gibt ja einen Teil, der sich bewegt und noch einen stabilen Teil des Berges. Und bei diesem Aneinanderreiben steigt die Spannung im Fels an. Das kann bis zu fünf Tage dauern und dann löst sich die Spannung. Und genau, wenn sich diese Spannung löst, heißt das, dass sich die Felsmasse ein kleines Stück bergab bewegt. Der Berg ist dann wieder etwas „spannungsfreier“. Im nächsten Zyklus baut sich die Spannung dann wieder auf.

Können denn diese Töne auch für das menschliche Ohr hörbar gemacht werden?

Die Eigenfrequenz der Berge von 25 bis 29 Hz liegt gerade so knapp unter der Hörschwelle. Die tiefsten Frequenzen fangen bei etwa 30 bis 40 Hz an. Das ist das, was das menschliche Ohr gerade so wahrnehmen könnte. Was man machen kann ist, die seismischen Aufzeichnungen schneller abzuspielen. Dann wird das Ganze hörbar. Dann klingt es wie ein Pfeifen oder Brummen, das ansteigt und wieder abnimmt.

Haben die Untersuchungen am Hochvogel bereits dazu beigetragen, eine Vorhersage zu treffen, wann es zum Felsabbruch kommen wird?

Zum derzeitigen Stand noch nicht. Wir sehen das Sägezahnmuster, also das Ansteigen und Abfallen der Frequenz. Die Abstände zwischen den Ausschlägen haben mittlerweile noch eine Zykluslänge von über einer Woche. Von anderen großen Massenbewegungen wissen wir, dass dieser Prozess am Ende in einen Zyklus übergeht, der nur noch ein paar Sekunden lang ist. Das heißt, alle paar Sekunden baut sich Spannung auf und Spannung ab. Wir vermuten jedoch, dass die aktuellsten Daten einen kürzeren Zyklus zeigen, der Zyklus also schon leicht kürzer geworden ist.