ClimRock

Projekt: Charakterisierung der Felswandverwitterung anhand von Mikroklima, Gesteinsfeuchte und Steinschlagaktivität (ClimRock)

Projektbeschreibung: Verwitterung stellt den ersten Schritt der alpinen Sedimentkaskade dar. Gesteinszerfall wird durch tägliche Temperatur -und Feuchtezyklen sowie tägliche und saisonale Gefrierprozesse und saisonale Auftauschichtprozesse gesteuert. Einzeln oder in Kombination führen diese Prozesse zur unterkritischen oder kritischen Ausbreitung von Rissen. Resultierende Steinschlagprozesse sind ein Schlüsselfaktor für die Entwicklung der alpinen Landschaft, stellen aber auch eine wichtige Naturgefahr für Touristen und Infrastruktur dar. Trotz dieser Bedeutung sind thermisch- und feuchtigkeitsgetriebene Verwitterungsprozesse wenig verstanden, wobei besonders große Wissenslücken bezüglich der zeitlichen und räumlichen Feuchteverteilung bestehen. Um Trajektorien und Raten von Felsverwitterung und Steinschlag, auch im Hinblick auf den aktuellen Klimawandel, zu ermitteln, wird ein verbessertes Prozessverständnis benötigt. Wir folgen konzeptionell einem Multiskalenansatz, der von Höhe und Exposition gesteuerte Temperatur-, Niederschlags- und Feuchtegradienten berücksichtigt: (1) Im Labormaßstab werden Temperaturzyklen, Feuchtezyklen sowie Frostverwitterung unter kontrollierten Bedingungen simuliert und die Rissbildungsaktivität quantifiziert. Dabei kommen AE-Sensoren, Rissausweitungsmesser, Gesteinsfeuchte- und Temperatursonden und 2D-Geoelektrik zum Einsatz. (2) Auf der Felswand-Skale werden Temperatur, Gesteinsfeuchte und Gesteinskinematik mit Hilfe von Temperatursonden, selbst entwickelten Feuchtesensoren, Rissausweitungsmessern und Meteostationen kontinuierlich erfasst. Variationen von Gesteinsfeuchte und Temperatur auf der Skale von Metern und Zehnermetern werden diskontinuierlich mittels 2D-Geoelektrik und IR-Fotografie quantifiziert. Die Kalkstein-Felswände in den Gebieten Dammkar und Dachstein wurden so ausgewählt, dass sie einen Höhenbereich von 1400 bis 3000 m sowie Nord- und Südwände abdecken. (3) Wir nutzen unsere Labor- und Feldergebnisse, um die Verwitterung auf Bergskale zu modellieren. Dazu werden bereits erprobte GIS-basierte geostatistische und gesteinsmechanische Modelle sowie Simulationstools genutzt, um die derzeit verwendeten, rein temperaturgetriebenen Modelle zu verbessern. Die Ergebnisse werden mit Steinschlagdaten verglichen, die aus multitemporalen Terrestrischen Laserscans abgeleitet werden. Die ermittelten Temperaturfelder werden modifiziert, um die Verwitterungsbedingungen während der Kleinen Eiszeit und in den Jahren 2050 und 2100 unter Verwendung von Klimaszenarien zu simulieren. Die Neuartigkeit des Projekts liegt im skalenübergreifenden Ansatz, in der erstmaligen Integration von Gesteinsfeuchte und gesteinsmechanischen Parametern in Verwitterungsmodelle, und in der dezidierten Behandlung von Prozesswechselwirkungen. Dies wird neue Erkenntnisse über Verwitterung und Steinschlagentstehung ermöglichen, um die langfristige Entwicklung der alpinen Landschaft zu verstehen und zukünftige Veränderungen alpiner Gefahren zu antizipieren.

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektteilnehmer:

• Prof. Dr. Oliver Sass (Projektleitung Teil 1: Felsfeuchte)
• Dr. Daniel Dräbing (Projektleitung Teil 2: Thermales Regime)
• Andrew Mitchell (Doktorand Teil 1)
• Till Mayer (Doktorand Teil 2)
  
  

Nationale und internationale Projektpartner:

• Prof. Dr. Martha-Cary Eppes (University of North Carolina, USA)
• Prof. Dr. Michael Krautblatter (Technische Universität München)
• Dr. Samuel T. McColl (Massey University, NZ)
• Prof. Dr. Heather Viles (Oxford University, UK)