Quantitative photogrammetrische Analyse von Sturzprozessen in den Alpen und auf La Réunion

Kurzfassung/Abstract

Sturzprozesse stellen einen wesentlichen geomorphologischen Prozess dar und nehmen insbesondere in Hochgebirgsregionen eine bedeutsame Rolle in der Prozessmorphologie ein. Sie beeinflussen die langfristige Relief- und Landschaftsentwicklung sowie den Sedimenttransport und die Sedimentproduktion.
In mehreren wissenschaftlichen Studien wird von einer zunehmenden Häufigkeit von Sturzprozessen berichtet. Als Hauptursache für diese Entwicklung wird die fortschreitende Klimaveränderung diskutiert.
Obwohl Sturzprozesse überwiegend in hochalpinen und abgelegenen Regionen auftreten, stellen sie aufgrund der zunehmenden Besiedlung und anthropogenen Nutzung des Alpenraums ein ernst zu nehmendes Naturgefahrenpotential für Mensch und Infrastruktur dar. Die Stabilität von Felswänden stellt ein komplexes Phänomen dar, das sich durch eine hohe Variabilität in Bezug auf Frequenz und Magnitude auszeichnet.
In der vorliegenden Dissertation wurden Felswände und Schutthalden in verschiedenen hochalpinen und geomorphologisch aktiven Untersuchungsgebieten, darunter die Drei Zinnen (Italien), Gampenalm (Italien), Dreitorspitze (Deutschland), Zwieselbachtal (Österreich) sowie der Krater Dolomieu auf La Réunion, mit Hilfe multitemporaler terrestrischer Fotografien, terrestrischer historischer Fotoaufnahmen, terrestrischen Laserscannings sowie automatisierter Kamerasysteme mit photogrammetrischen Verfahren analysiert.
Ziel dieser Dissertation ist es, zu prüfen, inwiefern historische Bilddaten in Kombination mit terrestrischen digitalen Fotografien und TLS zur Rekonstruktion vergangener Veränderungen der Felsoberfläche beitragen können. Dazu wurde die bekannte Felsformation Drei Zinnen in den Dolomiten (Italien) ausgewählt. Die Ergebnisse zeigen, dass nach aufwendiger und individueller Bearbeitung der Datensätze eine Quantifizierung der Oberflächenveränderungen an steilen Felswänden möglich ist. Volumenänderungen von 101 m³ und 1.873 m³ konnten für zwei Bereiche an den Felswänden für einen Zeitraum von 1970 bis 2018 bestimmt werden. Aussagen zum Einfluss des Klimawandels bleiben jedoch aufgrund der begrenzten Datenverfügbarkeit und Auflösung spekulativ.
Zur Untersuchung der Sturz- und Prozessdynamik unter aktuellen Prozessbedingungen, insbesondere zur Vermeidung von Überlagerungen von unterschiedlich auftretenden Prozessen wie Muren oder Rutschungen, wurden am Dolomieu Krater Fotoaufnahmen eines fest installierten, automatisierten Kamerasystems (Webcam) zur kontinuierlichen Datenerfassung genutzt. Durch hochfrequente Daten soll eine Differenzierung der stattfindenden Einzelprozesse ermöglicht werden. Anhand der TLS-Daten so-wie ergänzender terrestrischer digitaler Fotoaufnahmen konnten neben sturzprozessbedingten Bereichen zwei weitere Areale mit Gesteinsablagerungen identifiziert werden. Für den Zeitraum von 2010 bis 2016 ließen sich dabei erfolgreich Oberflächenveränderungen berechnen. Die durch Sturzprozesse geprägten Bereiche zeigen Volumenänderungen von 18.606 m³ bzw. 2.921 m³. In den beiden weiteren, durch Ablagerungen gekennzeichneten Gebieten wurden Veränderungen von 2.995 m³ und 20.430 m³ festgestellt. Für zukünftige Untersuchungen dieser Art wird jedoch empfohlen, das Kamerasystem so zu positionieren und auszurichten, dass es den Anforderungen der Photogrammetrie entspricht.
Eine weitere Untersuchung am Dolomieu-Krater auf La Réunion widmet sich dem Einfluss von Niederschlag und Seismizität auf Hanginstabilitäten. Ziel ist unter anderem die Bewertung der Eignung von TLS und Photogrammetrie zur Validierung von Volumenangaben, die auf seismischen Aufzeichnungen basieren. Im ersten Schritt wurde auf Grundlage seismischer Daten ein Katalog mit Informationen der Lage und den Volumina der Felsstürze im Krater erstellt. Ergänzend dazu erfolgten TLS-Messungen sowie digitale terrestrische Fotoaufnahmen entlang des Kraterrandes. Mithilfe photogrammetrischer Auswertungen konnte das Volumen der größten Ablagerung im nordwestlichen Kraterbereich ermittelt werden, das sich auf rund 80.000 m³ beläuft. Die seismischen Daten führten zu einer Volumenschätzung von etwa 100.000 m³.
Neben der Quantifizierung von Oberflächenveränderungen und der entsprechenden Nutzung von TLS-Daten wird im Rahmen der Dissertation außerdem die Frage beantwortet, ob sich aus solchen hochaufgelösten topographischen Daten Prozesszusammenhänge von Sturzprozessen ableiten lassen. Untersucht wurden die Einflüsse von Blockgröße, -form, Lithologie und Rauigkeit auf die Reichweite von Sturzprozessen in mehreren Gebieten des Alpenraums (Gampenalm, Dreitorspitze, Zwieselbachtal) und am Krater Dolomieu unter unterschiedlichen geologischen Bedingungen. Die Analysen zeigen eine komplexe Beziehung zwischen Blockgröße und Blockform in Bezug auf die Reichweite der abgelagerten Blöcke innerhalb der unterschiedlichen lithologischen Bedingungen. Aus den Ergebnissen kann jedoch weder eine Bestätigung noch eine Ablehnung der Theorie der gravitativen Sortierung abgeleitet werden. Zwischen Blockgröße und -form sowie Reichweite konnte kein eindeutiger Zusammenhang festgestellt werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Blockgröße nicht die alleinige Einflussgröße ist und vielmehr ein komplexes Zusammenspiel mehrerer geomorphologischer Faktoren die Reichweite bestimmt.