Brienz rutscht pro Jahr 70 Zentimeter ins Tal

Erdbebenforscher erproben neue Methoden, um die Stabilität des Felsens zu bestimmen.

Mauro Häusler von der ETH mit mobilem Seismometer. Fotos: Joachim Laukenmann

Mauro Häusler von der ETH mit mobilem Seismometer. Fotos: Joachim Laukenmann

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An der Südflanke des Piz Linard klafft eine grosse Wunde. Fünf, zehn oder gar zwanzig Meter breit und teilweise ebenso tief öffnet sich ein gewaltiger Graben. Die instabile Front des Berges mit dem Flurnamen Caltgeras entfernt sich mit bis zu drei Metern pro Jahr vom solideren hinteren Teil. «Im Frühjahr konnten wir hier noch durchlaufen», sagt Mauro Häusler, Doktorand beim Schweizerischen Erdbebendienst (SED), der an der ETH Zürich angesiedelt ist. «Jetzt braucht es ein Seil, um die Hauptbruchstelle zu überqueren.»

Frisch gebrochene Felsen ragen hier empor und wechseln sich mit tiefen Klüften ab, in denen weitere Felsbrocken stecken. Baumstämme liegen kreuz und quer wie hingeworfene Mikadostäbe. Von der Abbruchkante aus kann man rund 500 Meter tiefer das Bündner Bergdorf Brienz erkennen, das sich oberhalb von Tiefencastel auf einer Sonnenterrasse des Albulatals befindet. Auch das Dorf rutscht seit fünfzehn Jahren auf einer Scholle immer schneller ins Tal, derzeit um rund 70 Zentimetern pro Jahr.

Häusler und zwei Kollegen vom SED haben sich fünf Seismometer und eine Wetterstation in die Rucksäcke gepackt. Die Wetterstation wollen die Forscher an einer Messstation anbringen, die bereits am höchsten Punkt der Felsinstabilität vorhanden ist. Die Seismometer werden sie für ein paar Stunden teils diesseits, teils jenseits der Bruchzone installieren.

«Ziel unseres Projekts ist es, mit den Seismometern den Gesundheitszustand des Berges zu bestimmen», sagt Häusler, «und zwar ganz ähnlich, wie ein Arzt mit dem Stethoskop Vibrationen an der Brust eines Patienten wahrnimmt.» Dazu müssen die Forscher keine künstlichen Beben auslösen. Die leichten, permanenten Vibrationen des Untergrunds genügen für das sensible seismische Stethoskop. Um die Erschütterungen des Bodens im Bereich der Instabilität mit den Vibrationen im festen Untergrund vergleichen zu können, haben die Wissenschaftler bereits früh am Morgen unten im Dorf und einige Hundert Meter ausserhalb der Instabilität je ein Seismometer auf den felsigen Grund gesetzt.

Je stärker die Erschütterung, desto instabiler der Fels

Wenn sich ein Teil des Berges vom Rest löst, so die Theorie, ändert sich das Muster der kleinen Erdbebenwellen. Diese werden im sich ablösenden Felsbereich regelrecht gefangen, laufen darin hin und her und schaukeln sich hoch. Als diesen Sommer am 16. August bei Zernez GR die Erde mit der Magnitude 2,9 bebte, konnten Häusler und sein Doktorvater Donat Fäh, ebenfalls vom SED, mit der fest installierten Messstation in Caltgeras eine Verstärkung der Erschütterungen um bis zu einen Faktor 14 gegenüber dem soliden Fels der Umgebung messen, was vergleichsweise sehr hohe Werte sind.

«Je stärker die Amplifikation der Wellen, desto instabiler der Fels, so die Hypothese», sagt Häusler. «Aber was die Verstärkung der Wellen, deren bevorzugte Schwingungsfrequenz und die bevorzugte Schwingungsrichtung genau über die Bodeneigenschaften auf der Instabilität Brienz aussagen, ist im Detail noch nicht bekannt.» Das möchte er im Rahmen seiner Doktorarbeit untersuchen. Neben dem Brienzer Bergsturzgebiet erforscht der SED auch andere aktive Rutsch- und Bergsturzzonen in der Schweiz, um deren Schwingverhalten besser zu verstehen.

Hier zerbricht der Berg: Die Felsinstabilität von Brienz.

Vorsichtig hangeln sich die Seismologen mitsamt Rucksack an einem Seil in die Bruchzone hinunter. Ziel ist die Messstation am höchsten Punkt der Instabilität jenseits des Grabens. Auf dem Weg dahin müssen sich die Forscher zwischen den teilweise wackeligen Felsen und den Baumstämmen hindurchschlängeln. Immer wieder tun sich Klüfte auf. Ein Gutachter, berichtet Häusler, habe sich hier oben zweimal das Bein gebrochen. Besonders tückisch sind Risse, die sich unsichtbar unter dem Teppich aus Moos und kleinen Stauden geöffnet haben. Immer wieder deutet ein leichtes Federn des Bodens an, dass sich unter dem Bewuchs ein Hohlraum befindet und der darüber gespannte Teppich das Gewicht eines Menschen vielleicht nicht zu tragen vermag. Ein oder zwei Schritte daneben fühlt sich der Boden meist solider an.

Unklar ist, wie genau sich die Instabilität mit dem Wetter und im Laufe der Jahreszeiten verändert. Diesen Sommer jedenfalls wurde der Bergsturz wegen der Trockenheit steifer. Folglich stieg die bevorzugte Schwingungsfrequenz der Instabilität an. Das Ziel sei es, mithilfe der neu installierten Meteostation die wetterbedingten Einflüsse herauszufiltern, um die davon unabhängigen, langfristigen Veränderungen der Instabilität zu erkennen.

Neue Methode zur Beurteilung der Stabilität

«Wenn das funktioniert, hätten wir eine neue Methode, um die Stabilität des Berges zu beurteilen», sagt Häusler. Zwar werde die Instabilität täglich mit einem Distanzmessgerät (Tachymeter) vermessen und die Bewegungen mehrmals im Jahr mittels GPS an fixen Markierungen erfasst. Aber ausgerechnet den obersten Bereich der Instabilität mit den schnellsten Bewegungen sieht das unten im Dorf installierte Tachymeter nicht. Hier könnte die Seismik helfen, Veränderungen zu erfassen. Letztlich möchte Häusler auch herausfinden, ob das «seismische Stethoskop» so gut funktioniert und auch so kostengünstig herzustellen wäre, dass sich eine Kommerzialisierung der Methode lohnt.

Am Nachmittag sammeln die Forscher die mobilen Erdbebensensoren wieder ein und durchqueren die Bruchzone in umgekehrter Richtung. Schliesslich geht es mit dem Geländewagen auf steilem Weg hinunter nach Brienz, wo rund 150 Einheimische und ungefähr gleich viele Zweitwohnungsbesitzer leben.

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Regelmässig donnerten in den letzten Jahren Felsstürze von bis zu 150'000 Kubikmeter Volumen in Richtung Dorf. Einige Blöcke erreichten die Hauptstrasse ausserhalb des Dorfs, einer schaffte es bis an den Rand eines kleinen Sportplatzes jenseits der Strasse. Sichtbarstes Zeichen, dass sich nicht nur der Berg, sondern auch das Dorf bewegt, ist der Turm der Pfarrkirche St. Calixtus. Er hat sich leicht geneigt, wurde aber mittlerweile stabilisiert. Manche Häuser haben Risse. Ein Stall ausserhalb des Dorfs ist einsturzgefährdet. Wöchentlich gibt es Stromausfälle und geborstene Wasserleitungen.

«Brienz liegt auf einer grossen Erdscholle, die gesamthaft ins Tal rutscht und die mehr oder weniger mit dem Bergsturzgebiet hinter dem Dorf gekoppelt ist», sagt der Geologe Andreas Huwiler vom Amt für Wald und Naturgefahren, einer der Fachleute, welche die ­Instabilität vonseiten des Kantons betreuen. «Wie genau die Zusammenhänge zwischen Grossrutschung und Bergsturz sind, ist aber unbekannt.»

Bewegt sich der Boden bis in mehr als 30 Meter Tiefe um mehr als 20 Zentimeter pro Jahr, muss der Ort als rote Zone eingestuft werden. Für Brienz mit Boden­bewegungen von derzeit rund 70 Zentimetern pro Jahr eine klare Sache. Es herrscht absolutes Bauverbot. «Aber eine unmittelbare Gefahr für Leib und Leben der Bewohner besteht nicht», sagt Huwiler. Das habe eine Untersuchung gezeigt, die 2013 im Auftrag des Amts für Wald und Naturgefahren durchgeführt und deren Resultate 2017 im «Schweizerischen Bulletin für angewandte Geologie» publiziert wurden.

Darin kommen die Geologen zum Schluss, dass ein grosses Bergsturzereignis in den nächsten 50 bis 100 Jahren wenig wahrscheinlich sei. Aber was heisst schon «wenig wahrscheinlich»? Wie Huwiler sagt, sei es jedenfalls nicht angesagt, das ganze Monitoring mit Radar, GPS und Tachymeter abzubrechen. «So sicher berechnen lässt sich die Geologie leider nicht.»

Um mehr über die Rutschung zu erfahren sowie für Präventionsmassnahmen steht den Verantwortlichen beim Kanton ein Budget von knapp drei Millionen Franken zur Verfügung. Gerade wird an der potenziell bedrohten Hauptstrasse ausserhalb des Dorfs eine Ampelanlage installiert. Sie ist an ein Radar gekoppelt, das Felsstürze registriert und die Ampel im Notfall auf Rot stellt.

Bei Bohrung mürbe ­Gesteinsschicht entdeckt

Direkt am westlichen Ortsausgang steht ein Lastwagen mit Bohrturm. Heute hat die Bohrung 152,50 Meter Tiefe erreicht. Dort unten ist die Crew auf eine sehr mürbe Gesteinsschicht gestossen, die möglicherweise als Gleitfläche für die Grossrutschung von Brienz dient. Nun soll diese Schicht mit einem neuen Verfahren durchbohrt werden, um zu sehen, ob sich darunter kompakter Fels befindet oder ob sich weitere, tiefer gelegene Gleitschichten finden. «Voraussichtlich werden noch fünf bis sechs weitere Bohrungen nötig sein, bis wir uns ein gutes Bild von der Rutschung machen können», sagt Huwiler.

Bohrung vor dem schiefen Kirchturm

Mithilfe der Bohrungen und mit geophysikalischen Untersuchungen möchten die Geologen herausfinden, ob eine Sanierung der Rutschung von Brienz möglich ist, ob sie also durch Entwässerung gebremst werden könnte. Eine Möglichkeit wäre, Entwässerungsstollen unter die Gleitschicht zu treiben, damit das Wasser daraus abfliesst. In der Rutschung von Campo im Maggiatal hat das funktioniert, in Braunwald GL ist ein entsprechender Stollen geplant. «Wir wollen verschiedene Sanierungsmethoden evaluieren und prüfen, ob das Kosten-Nutzen-Verhältnis stimmt», sagt Huwiler. Ob eine allfällige Sanierung der Rutschung auch die starken Bewegungen über dem Dorf bremsen oder gar stoppen würde, ist unbekannt.

Häusler möchte im Rahmen seiner Doktorarbeit auch untersuchen, ob ein starkes Erdbeben, wie es in Graubünden durchaus auftreten kann, zu einer spontanen Destabilisierung führen könnte. «Wenn der Boden im Tal bei einem Erdbeben um 5 Zentimeter verschoben wird, können es dort oben 50 Zentimeter sein», sagt Häusler. «Daher könnte ein starkes Beben die Situation erheblich verändern.»

Erdbeben haben in der Schweiz Bergstürze ausgelöst

Es gibt prominente Beispiele aus der Schweiz, wo Erdbeben Bergstürze ausgelöst haben. Eines ist der Bürgenstock bei Luzern, der am 18. September 1601 nach einem Erdbeben in der Zentralschweiz gen Tal stürzte. Und am 25. Januar 1946 bebte die Erde in Siders im Wallis mit der Magni­-tude 5,8. Ein Nachbeben vom 30. Mai 1946 löste den Bergsturz am Rawilhorn aus. «Wir wollen den Einfluss von Erdbeben auf ­Instabilitäten modellieren», sagt Häusler. Aber nicht immer sind es Erdbeben, die einer Felswand den letzten Tritt verpassen. Auch Starkniederschläge können den Abgang verursachen. «Und die Hälfte aller Bergstürze hat keinen offensichtlichen Auslöser.»

Im schlimmsten denkbaren Fall könnten in Brienz mehrere Millionen Kubikmeter Fels ins Tal donnern und sogar die Albula aufstauen. Falls dann der Damm aus Steinen und Schotter bricht, würde das Siedlungen und Infrastruktur flussabwärts gefährden. Laut Huwiler ist das aber ein sehr unwahrscheinliches Szenario. «Man muss in der Modellrechnung sehr extreme Parameter wählen, damit der Bergsturz bis zur Albula hinunterreicht.» Wahrscheinlicher sei aus seiner Sicht, dass der Fels oberhalb von Brienz nicht ins Tal stürzt, sondern eher fliesst wie Honig. So war es 1902 bis 1907, als die Felssackung Igl Rutsch östlich des Dorfrandes mit einem Meter pro Tag ins Tal floss. Zwar können fliessende Felsmassen eine erheblich grössere Reichweite haben als die einzelnen Felsbrocken, die heute immer wieder in Richtung Brienz stürzen. Doch wäre es ein langsamer Prozess. Die Menschen könnten sich in Sicherheit bringen. «Sollte der Berg dereinst kommen», sagt Huwiler, «dann hoffen wir, dass er sich ähnlich verhält wie vor gut hundert Jahren.»

Erstellt: 25.11.2018, 11:21 Uhr

Die Messmethode der Seismologen

Jede Masse, egal ob Stimmgabel oder Felsformation, schwingt bevorzugt mit einer bestimmten Frequenz, der sogenannten Resonanzfrequenz. Die Messung der Resonanzfrequenz mit Erbebensensoren (Seismometern) könnte eine Möglichkeit sein, die Destabilisierung eines Felsens zu verfolgen.

So wie eine beschädigte Stimmgabel anders klingt, würde auch der Fels anders vibrieren, wenn er sich zunehmend destabilisiert. Dazu nutzen die Seismologen vom Schweizerischen Erdbebendienst der ETH die durch kleinste Erdbeben, die Gezeiten oder durch menschliche Aktivitäten ausgelösten Vibrationen des Untergrunds. Die Amplitude, mit der die Felsinstabilität bei der Resonanzfrequenz schwingt, lässt demnach Rückschlüsse darauf zu, wie gut der instabile Fels noch mit dem festeren Fels der Umgebung verbunden ist, wie stark der Fels mit Wasser oder Eis gefüllt ist und bis in welche Tiefe eine trennende Kluft reicht.

Wenn stabilisierende Gesteinsbrücken aufbrechen, kann der Fels freier und ausladender schwingen. Die Resonanzfrequenz würde sinken. Eine sich verändernde Resonanzfrequenz könnte, so die Hypothese, demnach als Mass für die Instabilität eines Bergsturzbereichs dienen. Auch aus der bevorzugten Schwingungsrichtung der kleinen Bodenwellen – der sogenannten Polarisation – können die Forscher etwas über die Charakteristik der Bruchzone ablesen. (jol)

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