Wien. (gral) "Nach dem Abgang einer riesigen Mure in Rauris im Salzburger Pinzgau, die den Ort rund 24 Stunden von der Außenwelt abgeschnitten hat, liefen die Aufräumarbeiten auf Hochtouren. In Kärnten kam es zu Überschwemmungen, rund 250 Helfer waren stundenlang im Einsatz. Der Schaden wird auf mehrere Millionen Euro geschätzt."

Schlagzeilen wie diese mehren sich auch in Österreich Jahr für Jahr. Mit dem im Fortschritt befindlichen Klimawandel einhergehende Naturkatastrophen sind hierzulande zumeist auf Wetteranomalien zurückzuführen. Der Bevölkerung machen dabei vorwiegend Überschwemmungen, Murenabgänge und Hangrutschungen zu schaffen.

Doch könnte künftig eine drohende Instabilität von Böschungen besser berechnet werden, wie Wissenschafter der Universität für Bodenkultur (Boku) nun berichten. Sie haben in den vergangenen Jahren ein Modell entwickelt, mit dem sich die Prozesse, die die Stabilität eines Hanges ins Wanken bringen, modellieren und potenziell gefährliche Böschungen identifizieren lassen. Bisher war das komplexe Zusammenspiel unterschiedlicher Faktoren nicht kalkulierbar.

Wasserdruck im Steigen

Trotz intensivster Studien und Forschungsarbeiten waren Erdrutsche und Murenabgänge bisher nicht vorhersehbar. Mit ihren neuen Methoden könnte dem Team der Boku nun aber ein Meilenstein geglückt sein. Die physikalischen Vorgänge, derer Wei Wu und seine Kollegen vom Institut für Geotechnik der Boku Wien angenommen haben, stehen in engem Zusammenhang mit dem Wassergehalt eines Hangbodens. "Mit zunehmender Wassersättigung eines Bodens steigt der Wasserdruck in dessen Poren. Gleichzeitig nehmen dabei die sogenannten Kapillarkräfte ab, die über die Oberflächenspannung des Wassers den Boden stabilisieren", erklärt Wu. Und obwohl diese Alarmglocken schrillen - wenn in einer Böschung der Druck steigt und die Stabilität abnimmt -, konnten diese Vorgänge weder berechnet noch modelliert werden. Dabei handle es sich um hochkomplizierte Prozesse, die durch die Struktur eines Bodens noch komplexer werden, erklärt Wu in einer Aussendung. "Denn ein Boden ist ein Drei-Phasen-System aus Bodenkörnern, Luft und Wasser und für jede Phase gelten andere Berechnungsgrundlagen. Bisherige Modelle scheiterten an dieser Komplexität."

Dank seiner internationalen Vernetzung gelang es dem Forscher, einen speziellen Computer-Code zu erhalten, der an der Stanford University in Kalifornien entwickelt wurde. Dieser erlaubte es dem Team, gemeinsam mit dem Projektpartner Ronaldo I. Borja vom Department of Civil and Environmental Engineering der Stanford University, die wesentlichen Kriterien der komplexen Vorgänge erstmals einer numerischen Simulation zugänglich zu machen. In Folge gelang es zu berechnen, wie sich räumlich voneinander getrennte Bereiche unterschiedlicher Wassersättigung auf das Entstehen einer Bruchkante in Böschungen auswirken können.

Miniaturmodell

In experimentellen Versuchen mit einem Miniaturmodell einer Böschung belegten die Forscher, dass die theoretischen Modelle die realen Vorgänge sehr gut beschreiben. Vor allem die Niederschlagsintensität sei für die Stabilität einer Böschung von immenser Bedeutung, erkannten die Forscher. Darüber hinaus gelang es ihnen, die mobilisierte Energie zu berechnen, die zum eigentlichen Bruch im Hanggefüge führt. Mit ihren Kalkulationen konnten sie auch Entstehen und Wachstum von instabilen Gleitfugen ausmachen.

Das als Teil eines Projekts des Wissenschaftsfonds FWF entstandene Modell könnte künftig helfen, potenziell gefährliche Böschungen zu identifizieren, um diese dann effizienter überwachen zu können.