Forscher entwickeln Modell zur Anfälligkeit für Erdrutsche nach Waldbränden

Im Juni 2016 wütete der San Gabriel Complex Fire in Südkalifornien. Während des Brandes verursachte das Feuer Schäden, die sich noch lange nach dem Erlöschen der Flammen negativ auf die umliegende Gegend auswirkten. Im Jahr 2019, drei Jahre nach dem Löschen der Brände, führten die Auswirkungen der Katastrophe zu einer Reihe von Erdrutschen nach einem Regensturm.

Professor und Berger-Lehrstuhlinhaber Farshid Vahedifard von der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen entwickelt ein Modell, mit dem sich der Zeitpunkt und die ungefähre Lage dieser durch Regenfälle ausgelösten flachen Erdrutsche im Gefolge von Waldbränden vorhersagen lässt, um Gemeinden dabei zu helfen, weitere Schäden einzudämmen.

Vahedifard leitete eine multidisziplinäre, multiinstitutionelle Gruppe mit dem Ziel, die Anfälligkeit benachteiligter Gemeinschaften gegenüber den Auswirkungen von Waldbränden und durch Waldbrände bedingten kaskadierenden Geogefahren – wie etwa Erdrutschen – in einem sich ändernden Klima zu verringern.

In mehreren Regionen ist ein beispielloser Anstieg der Häufigkeit und Schwere von Waldbränden zu verzeichnen. Im Westen der USA war das Jahr 2020 das Jahr mit den meisten Waldbränden. Die direkten Auswirkungen von Waldbränden sind als einzelne Ereignisse verheerend, ihre Folgen können jedoch noch lange nach dem Löschen der Flammen anhalten.

Nach Waldbränden können kaskadierende Gefahren wie Erdrutsche und Schlammlawinen auftreten, die einen katastrophalen Welleneffekt zur Folge haben. Die kaskadierenden Gefahren von Waldbränden gehen über die verbrannten Gebiete und die unmittelbare Umgebung hinaus und betreffen die lokale und regionale Bevölkerung.

Vahedifard und sein Team arbeiten daran, aktuelle Modelle zu verbessern, um die komplexen Faktoren zu verstehen, die die Entwicklung von Waldbränden und kaskadierenden Gefahren sowie deren Auswirkungen bestimmen. Im Rahmen dieser Bemühungen haben sie kürzlich ein physikbasiertes Modell entwickelt und getestet, um die Anfälligkeit verbrannter Gebiete für durch Regen ausgelöste Erdrutsche vorherzusagen. Die Forscher skizzierten ihre Arbeit in zwei kürzlich erschienenen Artikeln mit dem Titel „Hydromechanical modeling of emerging post-wildfire regional-scale landslide susceptibility“ in Ingenieurgeologie und „Stabilität ungesättigter Hügelhänge nach Waldbränden gegen durch Regen ausgelöste Erdrutsche“ in Die Zukunft der Erde.

Vahedifard und sein Team diskutierten kürzlich auch das Zusammenspiel zwischen Geogefahren und durch Waldbrände verursachten Veränderungen der Bodeneigenschaften, der Bodenbedeckung und oberflächennaher Prozesse in ihrem Artikel „Interdependencies between Wildfire-Induced Alterations in Soil Properties, Near-Surface Processes, and Geohazards“ in Erd- und Weltraumwissenschaften.

Waldbrände schwächen das Wurzelsystem und die Baumkronen von Bäumen und anderen Pflanzen. Außerdem können Brände eine wasserabweisende Schicht auf der Erdoberfläche bilden oder verstärken, die bei Regen zu mehr Abfluss führt. In den letzten Jahren haben sich Waldbrände in höhere Lagen verlagert, und all diese Faktoren erhöhen zusammen das Erdrutschrisiko. Die Stadtentwicklung hat sich zudem in bergigere Regionen ausgedehnt, wodurch einige Gemeinden einem erheblichen Erdrutschrisiko ausgesetzt sind.

Die meisten derzeit verfügbaren Modelle zur Vorhersage von Erdrutschen, die auf Niederschlag basieren, sind empirisch oder regionsspezifisch und müssen für jedes Gebiet, in dem sie eingesetzt werden, neu trainiert werden. Viele Modelle basieren auf historischen Daten, die sich ändernde Wetter- und Klimamuster nicht berücksichtigen.

Diese Studie von Vahedifard und Kollegen ist eine der ersten, die ein physikbasiertes Framework zur Erstellung von Anfälligkeitskarten für durch Regen ausgelöste flache Erdrutsche in von Waldbränden betroffenen Gebieten entwickelt. Das GIS-basierte Modell berücksichtigt die zeitlichen und räumlichen Auswirkungen des Waldbrands auf Boden- und Landbedeckungseigenschaften, oberflächennahe Prozesse und die Abfangung durch Baumkronen.

Das Projekt läuft derzeit im dritten Jahr und die Forscher haben ihre Arbeit als Fallstudie auf den San Gabriel Complex Fire angewendet. Sie fanden heraus, dass Gebiete mit mäßigen bis starken Bränden einem höheren Erdrutschrisiko ausgesetzt sind als Gebiete mit nicht oder nur geringen Bränden. Insgesamt kann das Modell möglicherweise den Zeitpunkt und die ungefähren Standorte von durch Regen ausgelösten flachen Erdrutschen nach Waldbränden vorhersagen, was Gemeinden dabei helfen könnte, bessere Strategien zur Bewältigung kaskadierender Gefahren zu entwickeln.

An der Tufts University entwickelt Vahedifard transformative Lösungen für neu entstehende Probleme im Zusammenhang mit klimaresistenten Gemeinden und Infrastruktursystemen und berücksichtigt dabei auch die Umweltgerechtigkeit. Neben Erdrutschen und Waldbränden umfasst seine Forschung auch andere Extremereignisse wie Dürren und Überschwemmungen. Insbesondere konzentriert er sich auf die Bedürfnisse und Herausforderungen, denen historisch unterversorgte und sozial gefährdete Gemeinden im Zusammenhang mit diesen Gefahren gegenüberstehen.