Wie Wissenschaftler Drohnen einsetzen, um das Risiko katastrophaler Überschwemmungen aus großen Gletscherseen zu verringern

Image Blick auf den Llaca-See in Peru, aufgenommen von einem unbemannten Luftfahrzeug. (Rodrigo Narro Pérez), Autor zur Verfügung gestellt

Am frühen Morgen des 13. Dezember 1941 hörten die Bürger von Huaraz, Peru, ein erschreckendes Grollen durch das Tal. Innerhalb von Minuten ergoss sich ein Strom aus Wasser, Eis und Felsen über die Stadt, ein Drittel davon zerstören und mindestens 2,000 Menschen töten.

Der natürliche Damm aus Gestein und losem Sediment, der zurückgehalten Lake Palcacocha war gescheitert. Achtzig Jahre später, sein Zusammenbruch bleibt eine der tragischsten Naturkatastrophen Perus.

Diese Art von katastrophalem Ereignis ist als „Gletschersee-Ausbruchsflut“ bekannt. Gletscherseen, wie sie in der gesamten Cordillera Blanca in den Anden vorkommen, werden oft durch often Gletschermoränen, die eine Höhe von über 100 Metern erreichen können. Sie sind beeindruckend, aber sie sind oft instabil.

Starke Regenfälle und Fels-, Schnee- oder Eislawinen können den Wasserstand in moränengestauten Gletscherseen ansteigen lassen und Wellen erzeugen, die den Moränendamm überragen oder zum Einsturz bringen und riesige Wassermengen freisetzen. Diese Naturkatastrophen werden voraussichtlich nur werden in Peru häufiger – und auf der ganzen Welt, da die Klimaerwärmung die Gletscher mit historisch beispiellosen Geschwindigkeiten schmilzt.

Vorhersage zukünftiger Überschwemmungen

Diese dunkle Geschichte hat angespornt internationale Forschung in die Stabilität der Moränen, die Perus Gletscherseen stauen. Die Cordillera Blanca im Norden Perus enthält die höchste Konzentration tropischer Gletscher in der Welt. Die Vorhersage, wann diese Überschwemmungen auftreten werden – und wie zerstörerisch sie sein werden – ist für die . von enormer Bedeutung über 320,000 Menschen, die flussabwärts leben.

Verdrehte Stahlträger in der Nähe eines Picknicktisches. Die verdrehten Überreste einer Stahlbrücke, die 1996 in Island durch einen Ausbruch eines Gletschersees zerstört wurde. (Chris 73/Wikimedia Commons), CC BY-SA

Geologische Ingenieurmodelle Verwenden Sie Variablen wie Größe und Volumen des Sees, Höhe, Breite und Neigung des Moränendamms sowie Kanal- und Talabmessungen, um die Stabilität des Moränendamms und das Hochwasserrisiko abzuschätzen. Leider enthalten diese Modelle nicht viele Informationen über die Zusammensetzung des Moränendamms, der je nach Standort und Entstehungsmodus stark variieren kann.

Meine Forschung, Teil einer Zusammenarbeit zwischen der McMaster University und Perus Nationales Institut zur Erforschung von Gletschern und Gebirgsökosystemen (INAIGEM), konzentriert sich auf die Ermittlung des Ursprungs dieser Moränendämme und der physikalischen Eigenschaften der Dämme und der Seen, die sie zurückhalten. Diese Funktionen können haben erheblichen Einfluss auf die Standsicherheit des Damms und sein Versagenspotential.

Mit UAV die Struktur von Moränendämmen verstehen

Gletscher bilden Moränen, indem sie Geröll, Sand und feinkörnige Schluffe und Tone entlang des Talbodens und der angrenzenden Talwände transportieren, ablagern und schieben, was oft eine Barriere bildet. Aber eine Moräne kann viel stabiler sein als eine andere, je nachdem, welche Materialien sie enthält und wie sie gebildet wird.

Durch Schwachstellen in den gestapelten Schichten der Moräne kann Wasser austreten und Sediment mitnehmen, oder nach einer Störung wie einem Erdbeben kann loses Gestein herabfallen. Diese Schwachstellen machen einen vollständigen Zusammenbruch des Moränendamms wahrscheinlicher. Die Lokalisierung dieser Schwachstellen ist ein wichtiger Schritt bei der Vorhersage der Stabilität der Seedämme und kann Geowissenschaftlern und Ingenieuren ermöglichen, effektivere Sanierungsstrategien zu entwickeln.

Meine Kollegen und ich analysieren die Architektur großer Seitenmoränen, die sich entlang der Seiten von Gletschern im Süden Islands bilden, indem wir unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs oder Drohnen) verwenden, um hochauflösende Bilder zu sammeln. Wir benutze diese Bilder zu Bereiche mit grob- und feinkörnigem Sediment identifizieren und klassifizieren die Zonen mit Wasseraustritt und Sedimententfernung bilden und zum Versagen des Damms führen können. Wir haben für Anfang 2022 ähnliche hochauflösende UAV-Untersuchungen von Moränendämmen in der Cordillera Blanca geplant.

Die Forschung wird die Zuverlässigkeit von Vorhersagemodellen verbessern, um potenzielle Hochwassergefahren von Gletscherseen zu identifizieren. Es werden auch Bereiche identifiziert, in denen Sanierungsarbeiten, wie der Bau zusätzlicher Ablaufkanäle oder Panzersperren, am dringendsten erforderlich sind, um die Moräne zu stärken.

Menschen stehen auf einem Damm mit Blick auf einen Gletschersee Zu den Sanierungsarbeiten am Llaca-See in Peru im Jahr 1977 gehörte der Bau eines Damms. (Rodrigo Narro Pérez), Autor zur Verfügung gestellt

Dies wird besonders wichtig sein, da Gletscher schneller schmelzen, sich das Wasservolumen dieser natürlichen Moränendämme aufbaut und auch die Zerstörungskraft von Überschwemmungen weiter zunimmt. Eine aktuelle Studie von Forschern der University of Calgary zeigten, dass die Wassermenge in Gletscherseen seit 50 weltweit um 1990 Prozent zugenommen hat.

Seit Anfang des 19. Jahrhunderts wird schätzungsweise 165 von Moränen aufgestaute Gletschersee-Ausbrüche sind aufgetreten. Darüber hinaus ca. 12,000 Todesfälle weltweit sind direkt auf Gletscherfluten zurückzuführen.

Unsere Forschung in Peru wird neue Erkenntnisse über die Stabilität von Moränendamm liefern, die auf andere Regionen übertragen werden können. wie Bolivien, der Himalaya und die kanadischen Rockies, die auch ein erhöhtes Risiko von Überschwemmungen in Gletscherseen aufweisen, da die Klimaerwärmung die Gletscher weiter schmelzen lässt.

Über den Autor

Rodrigo Narro Pérez, Doktorand, School of Earth, Environment and Society, McMaster University
 

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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Das Gespräch

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