Sturzflut: Die seismische Chronik

Wie ein gerichtsmedi­zinis­ch­er Bericht lässt sich die wis­senschaftliche Beschrei­bung des katas­trophalen Bergsturzes vom 7. Feb­ru­ar 2021 im indis­chen Dhauli-Gan­ga-Tal lesen. Ein Bergsturz und die anschließende Flut hat­ten min­destens hun­dert Men­schen getötet und zwei Wasserkraftwerke zer­stört. In der Fachzeitschrift Sci­ence vom 1.10.2021 zeich­nen Forschende des Deutschen Geo­ForschungsZen­trums (GFZ) gemein­sam mit Kolleg*innen des Nationalen Geo­physikalis­chen Forschungsin­sti­tuts Indi­ens (NGRI) die Katas­tro­phe anhand der Dat­en eines Net­zes von Seis­mome­tern Minute für Minute nach. Dem Team zufolge kön­nten seis­mis­che Net­zw­erke genutzt wer­den, um ein Früh­warn­sys­tem für Hochge­birgsre­gio­nen einzurichten.
Obwohl der endgültige Aus­lös­er des mas­siv­en Bergsturzes, der in ein­er Höhe von mehr als 5500 Metern begann, nach wie vor ungek­lärt ist, ist eines sich­er: Am Son­ntag, 7. Feb­ru­ar 2021, um kurz vor halb elf Uhr vor­mit­tags, began­nen mehr als 20 Mil­lio­nen Kubik­me­ter Eis und Gestein ins Tal des Ron­ti Gad zu stürzen. Seis­mome­ter reg­istri­erten das Sig­nal um 10:21 Uhr und 14 Sekun­den Ort­szeit. 54 Sekun­den später traf die Masse in 3730 Metern Höhe auf den Tal­bo­den und verur­sachte einen Auf­prall, der einem Erd­beben der Stärke 3,8 entsprach. Im Tal mobil­isierte die Mis­chung aus Gestein und Eis Schutt und zusät­zlich­es Eis, das sich — ver­mis­cht mit Wass­er — als gigan­tis­ch­er Mur­gang durch die Täler der Flüsse Ron­ti Gad und Rishi Gan­ga wälzte. Erstau­torin Kris­ten Cook vom GFZ schätzt, dass die Masse zunächst mit fast 100 Kilo­me­tern pro Stunde bergab schoss; nach etwa zehn Minuten ver­langsamte sich die Bewe­gung auf knapp 40 Kilo­me­ter pro Stunde.
Um 10:58 Uhr und 33 Sekun­den erre­ichte die Flut eine wichtige Straßen­brücke bei Joshi­math. Inner­halb von Sekun­den stieg das Wass­er dort um 16 Meter. Dreißig Kilo­me­ter weit­er unten im Tal verze­ich­nete die Pegel­sta­tion Chin­ka einen Sprung des Wasser­standes um 3,6 Meter, und weit­ere sechzig Kilo­me­ter weit­er stieg der Pegel noch um einen Meter.
Auf der Grund­lage der von den seis­mis­chen Sta­tio­nen aufgeze­ich­neten Boden­er­schüt­terun­gen iden­ti­fizierten Forschende aus den drei GFZ-Sek­tio­nen Geo­mor­pholo­gie, Erd­bebenge­fährung und dynamis­che Risiken sowie Erd­beben- und Vulka­n­physik gemein­sam mit den Kolleg*innen des NGRI drei ver­schiedene Phasen der Flutkatas­tro­phe. Phase 1 war der Bergsturz und sein mas­siv­er Auf­schlag auf den Tal­bo­den. Es fol­gte Phase 2 mit der Mobil­isierung enormer Mate­rial­men­gen – Eis, Geröll, Schlamm –, die eine ver­heerende Wand aus Mate­r­i­al bilde­ten, die durch ein enges und gewun­denes Tal raste. In dieser Phase blieb viel Mate­r­i­al zurück und die Energie nahm rasch ab. Diese Phase dauerte etwa dreizehn Minuten. Phase 3 (fün­fzig Minuten Dauer) war eher flu­tar­tig, mit gewalti­gen Wasser­massen, die flussab­wärts flossen und große Fels­brock­en von bis zu 20 m Durchmess­er mit sich führten.
Die wichtig­ste Erken­nt­nis: „Die Dat­en der seis­mis­chen Instru­mente eignen sich als Grund­lage für ein Früh­warn­sys­tem, das vor dem Ein­tr­e­f­fen solch­er katas­trophalen Murgänge warnt“, sagt Niels Hov­ius, Let­z­tau­tor der Studie in Sci­ence (1.10.2021) und kom­mis­sarisch­er wis­senschaftlich­er Vor­stand des Deutschen Geo­ForschungsZen­trums GFZ. Ein weit­er­er wichtiger Punkt ist die Ver­füg­barkeit eines dicht­en seis­mis­chen Net­zes, wie es von indis­chen Forschen­den am Indi­an Nation­al Geo­phys­i­cal Research Insti­tute (NGRI) betrieben wird. Hov­ius’ Kol­le­gin Kris­ten Cook, Erstau­torin der Studie, fügt hinzu: “Die ver­füg­bare Vor­warnzeit für Stan­dorte in Tälern hängt von der Ent­fer­nung und der Geschwindigkeit der Strö­mungs­front flussab­wärts ab.” Joshi­math zum Beispiel, wo der Flusspegel während des Hochwassers um 16 Meter anstieg, lag 34,6 km flussab­wärts vom Erdrutsch. Kris­ten Cook: “Das bedeutet, dass die Men­schen in und um Joshi­math etwa eine halbe Stunde vor dem Ein­tr­e­f­fen der Flut gewarnt wor­den sein kön­nten.” Für weit­er flus­saufwärts gele­gene Regio­nen, in denen die Welle nur wenige Minuten nach dem Erdrutsch ein­traf, hätte die Zeit möglicher­weise immer noch aus­gere­icht, um Kraftwerke abzuschalten.
Warum also gibt es ein solch­es Warn­sys­tem nicht schon lange? Fab­rice Cot­ton, Leit­er der Sek­tion Erd­bebenge­fährdung und Risiko­dy­namik, sagt: “Das Prob­lem sind die unter­schiedlichen Anforderun­gen an seis­mis­che Messsta­tio­nen, die dazu führen, dass viele Sta­tio­nen in unseren weltweit­en und regionalen Erd­beben­net­zen weniger geeignet sind, um Felsstürze, Murgänge oder große Über­schwem­mungen zu erken­nen. Gle­ichzeit­ig helfen Sta­tio­nen, die Hochwass­er und Murgänge in ihrer unmit­tel­baren Umge­bung überwachen sollen, nicht so gut bei der Erken­nung von Ereignis­sen in der Ferne.” Die Lösung, an der die GFZ-Forschende gemein­sam mit ihren Kolleg*innen in Indi­en und Nepal arbeit­en, ist ein Kom­pro­miss: An strate­gisch gün­sti­gen Stellen müssten Sta­tio­nen ein­gerichtet wer­den, die das Rück­grat eines Hochge­birgs-Flut­warn­sys­tems bilden. GFZ-Forsch­er Mar­co Pilz: “Dieser Kom­pro­miss ist gewis­ser­maßen ein Opti­mierung­sprob­lem, mit dem sich kün­ftige Stu­di­en befassen müssen und bei dem wir bere­its sys­tem­a­tis­che Fortschritte gemacht haben, zum Beispiel in der Nieder­rheinis­chen Bucht. Weit­ere Analy­sen von Sturzfluten und Murgän­gen wer­den dazu beitra­gen, bess­er zu ver­ste­hen, wie seis­mis­che Sig­nale bei der Früh­war­nung helfen können.“
Erste Ideen, ein solch­es Früh­warn­sys­tem auf Basis eines seis­mol­o­gis­chen Ansatzes zu etablieren, ent­standen bere­its vor der Katas­tro­phe als Ergeb­nis eines gemein­samen Work­shops von Helmholtz-Forschen­den und indis­chen Kolleg*innen in Ban­ga­lore im Früh­jahr 2019. Das aktuelle Pro­jekt der Studie wurde von Viren­dra Tiwari vom NGRI und Niels Hov­ius ini­ti­iert. Es nutzte die zufäl­lige räum­liche Nähe des Hochwassers zu einem regionalen seis­mis­chen Net­zw­erk, das bere­its vom NGRI aufge­baut wor­den war. Hov­ius: “Die Früh­war­nung wird immer dringlich­er, da Gebirgs­flüsse zunehmend für die Erzeu­gung von Wasserkraft genutzt wer­den, die als Motor für die wirtschaftliche Entwick­lung der ärm­sten Bergre­gio­nen der Welt gilt.“ Im Zuge der Kli­maer­wär­mung schwinden Gletsch­er rapi­de und es sam­melt sich viel Schmelzwass­er in hochgele­ge­nen Gletsch­er­stauseen. Hov­ius mah­nt: „Katas­trophale Über­schwem­mungen wer­den deshalb wahrschein­lich häu­figer wer­den und so wer­den die Risiken in Zukun­ft noch weit­er steigen.”