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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Eos(https://eos.org/features/a-slippery-slope-could-climate-change-lead-to-more-landslides) und wird hier im Rahmen von Covering Climate Now, einer globalen journalistischen Zusammenarbeit zur Stärkung der Berichterstattung über das Klima, erneut veröffentlicht.

Am 10. August 2020 begann das Grizzly-Creek-Feuer, sich durch die steilen, bewaldeten Hänge des Glenwood Canyon in Colorado zu wälzen. Es wird angenommen, dass Funken von einem Fahrzeug, das auf der Interstate 70 unterwegs war, die Ursache für den wütenden Waldbrand waren.

Das Feuer loderte bis in den Oktober hinein und legte die Hauptverkehrsstraße durch die Rocky Mountains für 13 Tage lahm. Die Flammen hinterließen vernarbte, karge Hänge und eine tödliche Visitenkarte für die kommenden Monate: Erdrutsche.

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Foto von Maxim Tajer auf Unsplash

Monate später, als die Hänge weder durch Bäume noch durch Vegetation stabilisiert waren, stürzten Steine von den Hängen und auf die Autobahn. „Die Baumwurzeln halten die Felsen ein wenig an Ort und Stelle – sie sind ein bisschen wie ein Netz“, sagt Paul Santi, Professor für Geologie und geologisches Ingenieurwesen an der Colorado School of Mines in Golden. „Entfernt man diese und die Stabilität, die sie bieten, sieht man die Bewegung von Partikeln, von Sandkörnern bis hin zu Felsbrocken, nach einem Waldbrand.

Verbrannte Hänge sind besonders gefährdet, wenn es zu regnen beginnt. Im Glenwood Canyon und in vielen anderen verbrannten Gebieten geht es vor allem um riesige Murgänge, die aus einer Mischung aus Erde, Gestein und anderen Trümmern bestehen, die mit Wasser gesättigt sind. Nach den Waldbränden 2018 in der Nähe von Montecito, Kalifornien, kamen bei einer Reihe von Murgängen 23 Menschen ums Leben, 167 weitere wurden verletzt und 408 Häuser beschädigt. Im Glenwood Canyon könnten Schlammlawinen einen wichtigen Verkehrskorridor für Tage oder länger schließen. Und je nachdem, wie lange es dauert, bis die Vegetation nachwächst und die Hangstabilität wiederherstellt, können sich solche Risiken über Jahre hinziehen. „Normalerweise liegt das erhöhte Risiko für Murgänge in der Größenordnung von 1-3 Jahren nach einem Brand“, so Santi.

Eine Verbindung zum Klima

Colorado verzeichnete einen Temperaturanstieg von etwa 1°C Seit Anfang des 20. Jahrhunderts sind die Temperaturen gestiegen, und die heißeren Temperaturen wurden mit Dürren und extremen Waldbrandperioden in Verbindung gebracht. Da ein großer Teil des Bundesstaates gebirgig ist, könnte dieser Klimawandel auch zu mehr Erdrutschen führen: „Über den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Erdrutschen wird schon seit langem gesprochen.“ „Wenn wir mehr Brände haben – und zwar längere, intensivere Brände – und dies mit intensiveren Wetterereignissen verbinden, werden wir eine größere Häufigkeit von Murenabgängen erleben“, sagte Santi.

Wissenschaftler beginnen auch, andere Möglichkeiten zu entdecken, wie der Klimawandel zu Veränderungen bei bestimmten Arten von Erdrutschen führt, darunter Murgänge, Erdrutsche (schnell abfallendes Erdreich) und Felsstürze. In bestimmten Gebirgsregionen Europas und Alaskas haben Forscher festgestellt, dass die Häufigkeit von Felsstürzen zunimmt, wenn die Durchschnittstemperaturen von einem Jahr zum nächsten steigen. An anderen Orten kann eine Zunahme extremer Regenfälle und/oder stärkerer Wirbelstürme – beides im Zusammenhang mit dem Klimawandel – Murgänge auslösen.

„Über den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Erdrutschen wird schon seit langem gesprochen“, sagt David Petley, Geowissenschaftler an der Universität Sheffield im Vereinigten Königreich. „Es ist irgendwie unvermeidlich, dass es dort ein Signal geben wird“.

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Wissenschaftler daher begonnen zu untersuchen, wie sich verschiedene Aspekte des Klimawandels auf die Stabilität von Hängen in Nordamerika, Asien, Europa und Ozeanien auswirken. Die Ergebnisse könnten den Menschen helfen zu erkennen, ob der Boden unter ihren Füßen oder die Hänge über ihren Häusern in den kommenden Jahrzehnten eine Gefahr darstellen könnten.

Von Felsklettereien zu Felsstürzen

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Foto von Drew Beamer auf Unsplash

Im Jahr 2005 spülte eine Serie gewaltiger Felsstürze im Mont-Blanc-Massiv in den französischen Alpen den Bonatti-Pfeiler, eine klassische Kletterroute am Drus, auf 2 754 Metern Höhe weg. Für die Wissenschaftler Philip Deline und Ludovic Ravanel von der Université Savoie Mont Blanc/French National Center for Scientific Research in Chambéry waren die Felsstürze zwar beunruhigend, aber nicht überraschend. Seit Jahren beobachten sie Felsstürze und die steigenden Risiken für die Kletterer in der Region.

Anhand von Berichten von Bergsteigern und einer umfangreichen Datenbank mit alten und neuen Fotos hat Ravanel ein Inventar der Felsstürze in zwei Gebieten des Mont-Blanc-Massivs vom Ende des 19. Jahrhunderts bis heute erstellt. Fast 80 % der Felsstürze ereigneten sich zwischen 1990 und 2015, als die Lufttemperatur stieg. Fast ein Drittel aller Felsstürze ereignete sich in den letzten 5 Jahren, so Deline. „Wir haben gezeigt, dass es einen klaren Zusammenhang zwischen der Erwärmung der Temperatur und der Häufigkeit von Steinschlag gibt“, sagte Deline.

Die Wissenschaftler glauben, dass die Erwärmung der Temperatur den Permafrostboden erwärmt, also den Boden, der seit mindestens zwei Jahren dauerhaft gefroren ist. In Gebirgsregionen gibt es Permafrostzonen in der Regel erst ab einer bestimmten Höhe. In Permafrostgebieten sind die Felsen durch Eisfüllungen in ihren Rissen und Spalten zusammengeklebt. Da die Lufttemperatur jedes Jahr ansteigt, glauben die Wissenschaftler, dass die Erwärmung und sogar das TauwetterDer Permafrost schwächt die Felswände und führt zu Felsstürzen. Diese Theorie ist schwer zu beweisen: „Wir sind immer mehr davon überzeugt, dass der auftauende Permafrost der Auslöser für diese Art von Ereignissen ist“, so Deline. Als die Wissenschaftler ihre Bestandsaufnahme der Felsstürze analysierten, stellten sie fest, dass alle Felsstürze aus Gebieten in Permafrostzonen stammten und dass Felsstürze in Regionen mit gemäßigtem Permafrost (nahe 0 °C) wahrscheinlicher waren. Sie fanden auch heraus, dass die Häufigkeit von Felsstürzen in den heißesten Sommern zunahm, mit erhebliche Felsstürze, die in den extrem heißen Sommern 2003 und 2015 beobachtet wurden.

Bei einem relativ aktuellen Felssturz aus ihrem Bestand stürzten rund 50 000 Kubikmeter Gestein einen Berghang hinunter. Einige der großen Felsabschnitte enthielten Eis. Deline und Ravanel schätzten das Alter des Eises mit Hilfe der Kohlenstoffdatierung und fanden heraus, dass es mehrere tausend Jahre alt ist. Dies zeige, dass der Permafrost in dieser Zeit nicht aufgetaut sei, so Ravanel.

„Dies ist also ein weiteres Element, das zeigt, dass wir uns in einer Periode der Degradation des Permafrostes befinden“, sagte Deline. „Wir sind immer mehr davon überzeugt, dass das Auftauen des Permafrostes der Auslöser für diese Art von Ereignissen ist.

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Foto von Fabrizio Conti auf Unsplash

Von Felsstürzen bis zu Tsunamis

Der Zusammenhang zwischen Temperaturerhöhung und Steinschlag wurde auch in anderen Regionen in großen Höhen beobachtet. Als Wissenschaftler Landsat-Satellitenbilder nutzten, um Felsstürze im Glacier Bay National Park and Preserve in Alaska zu analysieren, stellten sie fest, dass es zwischen 2012 und 2016, einer Zeit mit rekordverdächtig warmen Winter- und Frühlingstemperaturen, zu einer Häufung großer Felslawinen gekommen war.

Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass auftauender Permafrost eine Rolle bei diesen Ereignissen spielen könnte und äußerten die Befürchtung, dass ein Erdrutsch in der Glacier Bay einen Tsunami auslösen könnte. „Es wäre ein Ereignis mit geringer Wahrscheinlichkeit und hohen Folgen“, sagte der Geologe Gabriel Wolken von der Abteilung für geologische und geophysikalische Vermessungen des Alaska Department of Natural Resources.

In jüngster Zeit sind die Wissenschaftler jedoch besorgt über ein „wahrscheinlicheres Ereignis mit sehr großen Folgen“, so Wolken. Da sich das Klima in Alaska erwärmt hat, hat sich der Barry Glacier am Rande des Prince William Sound zurückgezogen. Zuvor gestützte Hänge sind nun geschwächt und können versagen.

Ein kleiner Erdrutsch von diesem Hang in den Barry Arm Fjord könnte einen Tsunami auslösen, der Fischer und Touristen in der unmittelbaren Umgebung treffen könnte. Ein vollständiges Versagen des Abhangs wäre so, als würden etwa 500 Empire State Buildings auf einmal in den Ozean stürzen, sagte Wolken auf der Grundlage der derzeit besten Schätzungen der Wissenschaftler über das mögliche maximale Volumen.

Ein Tsunami, der durch einen so großen Erdrutsch ausgelöst würde, hätte verheerende Folgen für die Bevölkerung. Die Stadt Whittier, 50 Kilometer südwestlich des Hangs, könnte innerhalb von 20 Minuten von einer 10 Meter hohen Welle getroffen werden. Nach Angaben des Alaska Department of Fish and Gamehalten sich im Sommer bis zu 500 Personen – Angler, Freizeitbootfahrer und Camper – in demGebiet auf und sind gefährdet. Daher haben die Behörden in Alaska dringend empfohlen, die ausgewiesenen Gefahrenzonen zu meiden, bis die Wissenschaftler die damit verbundenen Gefahren besser verstehen.

Aus Besorgnis über dieses Risiko veröffentlichte eine Gruppe von Wissenschaftlern, darunter auch Wolken, im Mai 2020 eine Erklärung, in der sie auf den großen, kriechenden Felshang oberhalb des Fjords und das Potenzial für einen gefährlichen Tsunami hinwiesen. Für Wolken ist der Zusammenhang mit dem Klimawandel klar.

„Grundsätzlich würde dieser Erdrutsch wahrscheinlich nicht passieren und die damit verbundene Tsunami-Gefahr nicht bestehen, wenn der Gletscher [were] dort liegen würde, wo er früher war“, so Wolken. „Wir haben all diese Veränderungen in den kryosphärischen Variablen … wie den Gletscherrückgang und das Auftauen und die Degradation des Permafrosts, die unabhängig voneinander eindeutig mit einem Klimawandel verbunden sind.“

Regentag-Rutschen

Obwohl der Zusammenhang zwischen steigenden Temperaturen und Erdrutschen in Permafrostgebieten immer deutlicher wird, werden die meisten Erdrutsche auf der Welt durch Regenfälle ausgelöst. Die Feststellung, ob veränderte Niederschlagsmuster zu mehr oder weniger Erdrutschen führen könnten, erweist sich als schwierig.

„Die Art der Wechselwirkung zwischen Niederschlägen und Bodenbewegungen ist schwieriger zu bestimmen, da viele Variablen gleichzeitig zu berücksichtigen sind“, so Petley.

Um herauszufinden, wie sich veränderte Niederschlagsmuster auf die Aktivität von Erdrutschen in der süditalienischen Region Kalabrien auswirken könnten, analysierten die Wissenschaftler beispielsweise einen Katalog von Niederschlagsereignissen, die mit Erdrutschen in der Region zwischen 1921 und 2010 in Zusammenhang stehen. Anhand der Niederschlagsereignisse der letzten 30 Jahre und eines Modells der zu erwartenden Veränderungen der Niederschlagsmuster auf der Grundlage verschiedener Szenarien für Treibhausgasemissionen konnten die Forscher vorhersagen, wie sich die Erdrutschaktivität in Kalabrien in Zukunft verändern könnte. Die Forscher sagten auch voraus, dass es eine größere Anzahl von Niederschlagsereignissen geben würde, die Erdrutsche auslösen könnten. Mit diesem Ansatz und unter der Annahme, dass die Emissionen im 21. Jahrhundert weiter steigen und die Temperaturen in den nächsten 80 Jahren um 4,5 °C ansteigen, sagten die Forscher mit ihrer Methodik eine durchschnittliche Zunahme der durch Regenfälle ausgelösten Erdrutsche in der Region um 45,7 % voraus. „Wir haben eine steigende Tendenz erwartet, und es ist uns gelungen, sie zu quantifizieren“, sagt Stefano Luigi Gariano vom Forschungsinstitut für geohydrologischen Schutz in Perugia, Italien.

Die Forschung der Wissenschaftler – eine der ersten, die die Auswirkungen der sich verändernden Niederschlagsmuster auf regionaler Ebene quantifiziert – sagte auch voraus, dass es eine größere Anzahl von Niederschlagsereignissen geben wird, die Erdrutsche auslösen können. Und diese intensiven Niederschlagsereignisse würden sich auf bestimmte Monate des Jahres konzentrieren. „Es wird mehr Niederschläge in kürzerer Zeit geben, was zu intensiveren Ereignissen führen wird“, sagte Gariano.

Die Erwärmung der Temperaturen kann sich auch auf die Intensität der Hurrikane auswirken. „Unsere Daten zeigen, dass die stärksten Stürme tatsächlich stärker werden“, sagte der Klimatologe James B. Elsner von der Florida State University.

Obwohl intensivere Stürme nicht zwangsläufig zu mehr Niederschlägen führen, haben Wissenschaftler festgestellt, dass langfristige Klimatrends zu den rekordverdächtigen Niederschlägen des Hurrikans Maria beigetragen haben, der Puerto Rico 2017 heimsuchte. Diese extremen Regenfälle führten zu 40.000 Erdrutschen auf der Insel.

Ein Modell-Ansatz

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Foto von Spencer Watson auf Unsplash

Um zu untersuchen, wie sich veränderte Niederschlagsmuster auf die Aktivität von Erdrutschen in High Mountain Asia hat ein Team von Wissenschaftlern vor kurzem zwei Modelle verwendet: ein Modell, das Veränderungen der Niederschläge prognostiziert, und ein weiteres, das anhand der Niederschlagsintensität und der Oberflächenbeschaffenheit bestimmt, ob Erdrutsche wahrscheinlich sind.

„Es handelt sich um ein einfaches Entscheidungsbaummodell, das berücksichtigt, ob es stark regnet“, sagte die Wissenschaftlerin Dalia Kirschbaum vom NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. „Wenn die Antwort ja lautet, wird geprüft, ob das Gebiet erdrutschgefährdet ist.

Die Wissenschaftler nutzten die Ergebnisse ihres Modells für den globalen Klimawandel, um veränderte Niederschlagsmuster zwischen 2060 und 2100 im asiatischen Hochgebirge zu prognostizieren und so darzustellen, wie die Niederschläge in Zukunft saisonal variieren könnten.

Anschließend speisten die Forscher die Niederschlagsdaten in ihr Modell Landslide Hazard Assessment for Situational Awareness (Bewertung der Erdrutschgefahr für das Situationsbewusstsein) ein, das das Potenzial für Erdrutsche in einer Region auf der Grundlage detaillierter Informationen über die Steilheit der Hänge, den Felsuntergrund, tektonische Verwerfungen und den Baumbestand in einem bestimmten Gebiet bewertet.

Die Kombination der Modelle sagte voraus, dass in der Grenzregion zwischen China und Nepal die mögliche Erdrutschaktivität bis zum Ende des Jahrhunderts%–70% zunehmen könnte, verglichen mit dem Zeitraum zwischen 1961 und 2000.

Derzeit konzentriert sich das Modell der Wissenschaftler nur auf die Auswirkungen der Niederschläge. „Es gibt viele Studien, die zeigen, dass Regenfälle der wichtigste Auslöser für Erdrutsche sind“, sagte Kirschbaum. „Wir gehen davon aus, dass sich die Auswirkungen von Erdrutschen in Gebieten mit extremen Niederschlägen und anfälligen Hängen durch den Klimawandel noch verstärken könnten.

Ein verworrenes Netz

Trotz der Fortschritte, die bei der Bewertung der Auswirkungen des Klimawandels auf Erdrutsche erzielt wurden, ist das Bild nach wie vor sehr komplex. Der Klimawandel kann zu mehr Erdrutschen führen, aber in manchen Regionen auch zu Dürren oder mehr Vegetation, wodurch Erdrutsche unwahrscheinlicher werden. „Die tatsächliche Art und Weise, wie sich ein Erdrutsch manifestiert, ist wirklich ziemlich komplex und hält uns leider im Geschäft“, so Petley. „Die Mechanik von Erdrutschen ist eigentlich ziemlich einfach, und wir haben sie schon lange verstanden. Er fügte jedoch hinzu, dass es schwierig ist, den Zeitpunkt und die Art eines Erdrutsches zu bestimmen. Oft sind Erdrutsche nur der End- oder Mittelpunkt einer Kaskade von Ereignissen, was das Bild noch unübersichtlicher macht. Waldbrände, gefolgt von Regen, können Erdrutsche auslösen, Erdbeben können Erdrutsche verursachen, und sogar ein Erdrutsch kann zu einem weiteren führen.

„Die tatsächliche Art und Weise, wie sich ein Erdrutsch manifestiert, ist wirklich sehr komplex und hält uns leider im Geschäft“, so Petley. „Vorhersagemethoden können vielleicht den ersten Erdrutsch vorhersagen, aber können sie auch vorhersagen, was unmittelbar nach dem ersten Erdrutsch passiert?“

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Ein Mangel an Daten

In Alaska sind viele der erdrutschgefährdeten Gebiete abgelegen und unbesiedelt, und die Bedingungen sind rau. Folglich war es für die Wissenschaftler schwierig zu erkennen, wie sich Klimaveränderungen auf das Potenzial für Erdrutsche auswirken. „Es ist eine logistische Herausforderung und kostspielig, die Veränderungen, die die Hangstabilität in einem so großen Gebiet beeinflussen, zu untersuchen“, so Wolken. „Wir haben also eine Datenlücke“: „Nirgendwo auf der Welt gibt es eine 30-jährige Aufzeichnung von Erdrutschen, die so viele Erdrutsche enthält, dass wir wirklich wissen, dass es Veränderungen gibt“. „Wenn man mit Klimawissenschaftlern spricht, sagen sie, dass man in einem Datensatz, der weniger als 30 Jahre umfasst, keinen Trend erkennen kann“, so Petley. „Und das Problem ist, dass wir so gut wie nirgendwo auf der Welt eine 30-jährige Aufzeichnung von Erdrutschen haben, die so viele Erdrutsche enthält, dass wir wirklich wissen, dass es Veränderungen gibt.

Folglich ist der Mangel an Daten die größte Herausforderung, der sich die Wissenschaftler gegenübersehen, wenn sie versuchen zu bestimmen, welche Auswirkungen die sich ändernden Wettermuster auf die Erdrutschaktivität haben könnten. „Ohne weitere Informationen können wir diese Grenze noch nicht direkt ziehen“, sagte Wolken.

Die Lücke schließen

Obwohl die derzeitigen Erdrutschinventare möglicherweise nicht die Anzahl der Erdrutschereignisse enthalten, die erforderlich ist, um aussagekräftige Schlussfolgerungen über sich verändernde Muster zu ziehen, untersuchen Wissenschaftler sowohl praktische als auch erfinderische Ansätze, um die Datenlücke zu schließen.

Handyvideos und hochauflösende Fernerkundung ermöglichen eine viel bessere Dokumentation moderner Erdrutsche als in der Vergangenheit möglich war. Petley macht sich diese in seinem Erdrutsch-Blog der bedeutende Erdrutschereignisse aus der ganzen Welt hervorhebt und ihre Ursachen kommentiert.

2013 leisteten Geophysiker der Columbia University Pionierarbeit bei der Entwicklung einer neuen Methode zur Erkennung der einzigartigen Signatur von Erdrutschen in seismischen Wellen, d. h. den Schwingungen, die durch plötzliche Bewegungen von Gestein, Eis, Magma oder Schutt verursacht werden. Mit dieser Technik konnten die Wissenschaftler eine Reihe von sieben bisher nicht dokumentierten massiven Erdrutschen im Zusammenhang mit dem Siachen-Gletscher im Himalaya aufspüren.

Eine solche Technik könnte verwendet werden, um die historischen seismischen Daten zu durchsuchen und mit Hilfe künstlicher Intelligenz bisher unentdeckte Erdrutsche aufzuspüren, so Petley. „Obwohl wir noch nicht über umfassende Datensätze verfügen, besteht die Aussicht, dass wir mit Hilfe möglicher neuer Techniken in der Lage sein werden, rückwärts zu projizieren, was wirklich aufregend ist“, sagte er. „Wir stehen wirklich an der Schwelle zu einer beträchtlichen Ausweitung der Erdrutschinventare als Gemeinschaft. „Kirschbaum glaubt, dass die Kombination von hochauflösenden Satellitenbildern und Algorithmen für maschinelles Lernen die Möglichkeiten, die Menge der verfügbaren Erdrutschdaten zu erhöhen, drastisch verbessern wird. „Wir stehen wirklich an der Schwelle zu einer erheblichen Ausweitung der Erdrutschinventare als Gemeinschaft“, sagte Kirschbaum. „Mit einer besseren Kenntnis der heutigen Ereignisse können wir Modelle erstellen, die uns helfen, in die Vergangenheit zu blicken und die Muster zwischen Erdrutschaktivität und Klima zu verstehen.

Im Juli 2020 veröffentlichten Kirschbaum und ihre Kollegen eine Studie, in der sie zeigten, wie sie mit Hilfe eines Modells für maschinelles Lernen die Muster der Erdrutschgefahr im pazifischen Nordwesten rekonstruieren konnten. Das Modell war in der Lage, gut dokumentierte Erdrutschereignisse nachzubilden und dann die gewonnenen Erkenntnisse anzuwenden, um langfristige Muster für potenzielle Erdrutschgefahren darzustellen. „Dieses Modell bezog sich zwar auf ein relativ kleines Untersuchungsgebiet, aber es zeigt, dass es auch in einem viel größeren Maßstab möglich ist“, so Kirschbaum.

Kirschbaum ist zuversichtlich, dass die Forscher in der Lage sein werden, Modelle zu erstellen, die in die Vergangenheit zurückblicken können, um Muster in der Erdrutschaktivität zu verstehen, und die auch in die Zukunft projizieren können, um zu antizipieren, wie der Klimawandel die Erdrutschaktivität und die Auswirkungen beeinflussen kann. „Es handelt sich um ein komplexes Problem, aber ich denke, dass wir mit neuen Modellierungstechniken und neuen Datenquellen unser Verständnis von Erdrutschprozessen und deren Auswirkungen deutlich verbessern können“, so Kirschbaum. „Es ist also ein positives Bild für die Zukunft.