Mit LiDAR einen besseren Überblick über das Erdrutschrisiko erhalten

In den Bergen von North Carolina sind Erdrutsche kein Witz. Ausgelöst durch starke Regenfälle können Bergböden gesättigt und „abgelöst“ werden. Was als kleiner Erdrutsch beginnt, kann sich schnell zu einem riesigen Murgang entwickeln, der Bäume entwurzelt und Felsbrocken löst und alles auf seinem Weg scheuert, während er mit Geschwindigkeiten von bis zu 30 Meilen pro Stunde schnell bergab fließt. Die Kosten – sowohl für die Infrastruktur als auch für Menschenleben – können verheerend sein.

Eine kurze Anmerkung zu den hier verwendeten Begrifflichkeiten: Rutschungen und Murgänge sind nicht dasselbe. Sie gelten beide als „massenverschwendende Ereignisse“, da sie Erde, Schutt und Gestein bergab bewegen, unterscheiden sich jedoch sowohl im Wassergehalt als auch im Bewegungsmechanismus. Rutschungen bewegen sich wie ein Schlitten einen verschneiten Hang hinunter, während Murgänge, die mehr Wasser enthalten, wie ein turbulenter Gebirgsbach fließen – aber mit viel mehr Kraft.

Angesichts der Unvorhersehbarkeit dieser Massenverschwendung scheint es ein lohnendes Projekt zu sein, herauszufinden, wo sie mit größerer Wahrscheinlichkeit auftreten könnten. Betreten Sie den Geologen Karl Wegmann, ehemaliger NC State Ph.D. Student Corey Scheip und LiDAR.

LiDAR steht für Light Detection and Ranging und ist ein Instrument, mit dem Geologen durch Lichtimpulse genaue 3D-Bilder der Erdoberfläche erstellen können.

Scheip und Wegmann untersuchten 2018 ein Erdrutschereignis südlich von Asheville in den Blue Ridge Mountains. Ein Sturm, der über drei Stunden bis zu 15 cm Regen abgab, verursachte 240 separate Erdrutsch-Trümmerströme in der Gegend.

„Wir hatten Glück, denn North Carolina ist führend darin, den gesamten Bundesstaat mit sehr hochauflösenden LiDAR-Topografiedaten vermessen zu lassen“, sagt Wegmann. „Und wir hatten sowohl vor als auch nach dem Ereignis LiDAR-Daten, sodass wir berechnen konnten, was wie verschoben wurde.“

Wenn Geologen abschätzen, ob ein Gebiet für Erdrutsche anfällig ist, untersuchen sie traditionell das Volumen des Murgangs nach einem Ereignis und versuchen herauszufinden, wo er begann.

Aber LiDAR-Daten ermöglichten es Scheip und Wegmann, zu sehen, wie Wasser von den Bereichen über dem Murgang nach unten fließt. Anschließend berechneten sie, wie viel Wasser ein bestimmtes Gebiet durch einen Sturm erhalten könnte und wie wahrscheinlich es dann in diesem Gebiet zu Erdrutschen kommen könnte.

„Im Wesentlichen haben wir die beitragende Entwässerungsfläche berechnet“, sagt Wegmann. „Wenn Sie jeden Meter der Landschaft über dem Murgang betrachten und abschätzen, wo sich wahrscheinlich Wasser ansammeln wird, können Sie berechnen, wo Sie möglicherweise genug Wasser bekommen, um einen auslösenden Erdrutsch zu verursachen, und zwar sehr wahrscheinlich, wenn es in eine Bachrinne geleitet wird kann in ein sich schnell bewegendes und schädliches Murgangereignis übergehen.

Die Forscher nutzten LiDAR auch, um die Materialtransportrate entlang des Murgangs zu untersuchen, also wie viel „Stoff“ vom Anfang bis zum Ende des Murgangs bewegt wird. Sie fanden heraus, dass Erosion nicht gleich Ablagerung ist, was überraschend war.

„In einer perfekten Welt beginnt ein Murgang, fließt eine Strecke hinunter und alles türmt sich auf diesem Grund auf“, sagt Wegmann. „Also theoretisch die gleiche Menge, die unten von den Hangablagerungen abgetragen wird. Wir haben jedoch festgestellt, dass nur etwa 70 % des Materials am Boden landen. Das heißt, 30 % werden in einen Fluss bewegt und ausgewaschen.“ vom System.“

Zu wissen, wie viel Material sich tatsächlich hangabwärts bewegt, ist wichtig, um zu modellieren und vorherzusagen, wie sich Murgänge verhalten werden: wie schnell sie neues Material aufnehmen, wie groß sie werden und wie weit sie fließen werden. Diese Informationen ermöglichen es Geologen, wahrscheinliche Auslauf- oder Ablagerungszonen vorherzusagen.

„Die meisten Häuser werden am Fuße von Tälern gebaut“, sagt Wegmann. „Diese Daten könnten Bauherren und Planern die Möglichkeit geben, die Topographie zu betrachten und weniger gefährliche Orte zum Bauen zu bestimmen.“

Die Arbeit erscheint in der Zeitschrift Erdrutsche.