Massenbewegung (Geologie)

Grundidee und Ablauf

Eine Massenbewegung, auch Hangbewegung oder Rutschung genannt, ist ein geomorphologischer Prozess: Böden, Regolith, Felsen und darauf stehende Lasten geraten unter dem Einfluss der Gravitation hangabwärts in Bewegung. Regolith bezeichnet lockeres, verwittertes Material über festem Gestein. Typisch ist eine Gleitebene zwischen dem ruhenden Untergrund und der darüber abgleitenden Masse.

Damit die Bewegung beginnt und anhält, müssen Kohäsion, Reibungskraft und Strömungswiderstand überwunden werden. Kohäsion ist der innere Zusammenhalt des Materials. Wenn die hangabwärts wirkende Komponente der Schwerkraft größer wird als die stabilisierenden Kräfte, kann ein Hang versagen.

Der Vorgang wird vorne gebremst, wenn feste Barrieren, ein geringeres Gefälle, eine Ebene oder ein Gegenhang erreicht werden. Je nach Geschwindigkeit kann die Massenträgheit dazu führen, dass Material zusammengeschoben wird oder übereinanderläuft. Am Ende kann die Gleitfläche im bewegten Material höhersteigen und in Bewegungsrichtung sogar bergauf verlaufen.

Hangstabilität

Ob ein Hang stabil bleibt, hängt vom Gleichgewicht zwischen Gravitationskraft und Reibungskraft ab. Die Festigkeit und Kohäsion des Materials sowie die interne Reibung tragen zur Stabilität bei. In diesem Zusammenhang wird auch von Scherkraft gesprochen.

Der Reibungswinkel ist der steilste Winkel, den ein kohäsionsloser Hang haben kann, ohne seine Stabilität zu verlieren. Bei diesem Winkel hält die Scherkraft die einwirkende Gravitation genau im Gleichgewicht.

Massenbewegungen können sehr langsam sein, zum Beispiel in sehr trockenen Gebieten oder dort, wo genug Niederschlag eine stabilisierende Vegetationsdecke ermöglicht. Sie können aber auch sehr schnell ablaufen, etwa als Felssturz oder Erdrutsch. Solche schnellen Bewegungen können sofort oder verzögert schwere Folgen haben, zum Beispiel durch die Bildung eines Abdämmungssees.

Das Potenzial für Massenbewegungen verändert sich unter anderem durch Änderungen der Hangneigung, durch Schwächung des Materials infolge von Verwitterung, durch höheren Wasseranteil und durch Veränderungen der Vegetationsbedeckung.

Formen der Bewegung

Massenbewegungen gehören zu den Prozessen der flächenhaften Erosion, auch Denudation genannt. Nach ihrer Dynamik werden verschiedene Formen unterschieden. Grundformen sind Kriechen, Gleiten, Fließen, Schießen, Kippen und Fallen. Der Ablauf kann nur Sekunden dauern, aber auch Jahre. Massenbewegungen treten an der Landoberfläche und in submarinem Terrain auf; sie wurden außerdem auf Mars und Venus beobachtet.

Schnelle Massenbewegungen werden unter anderem als Sturzdenudation und Rutschungen beschrieben. Beim Stürzen gehören Steinschlag, Blocksturz, Felssturz und Bergsturz dazu. Beim Gleiten werden zum Beispiel Slump, also eine Rotations-Block-Rutschung, Erdrutsch, Bergrutsch und vulkanische Trümmerlawinen genannt.

Beim Fließen treten Schuttströme auf. Dazu zählen Murgang, Mure oder Rüfe, außerdem Lahar als Schlammstrom in vulkanischen Ablagerungen, Körnerstrom beziehungsweise grain flow wie bei Sandrutschungen, sowie Solifluktion, also Bodenfließen.

Kriechen ist eine besonders langsame Hangabwärtsbewegung von Lockermaterial. Dazu gehören Bodenkriechen, unter anderem mit der Bildung von Plaiken, Hangkriechen wie ein Talzuschub, die Bewegung von Schutt- und Blockhalden sowie Blockgletscher. Kriechvorgänge können kontinuierlich ablaufen, durch Expansion und Kontraktion von Ton und Wasser entstehen oder durch Regen als Splash-Kriechen ausgelöst werden.

Bei hybrid-komplexen Massenbewegungen treten gravitative Prozesse kombiniert oder nacheinander auf. Dabei kann sich die ursprüngliche Form der Massenbewegung in eine andere Form umwandeln. Geologisch betrachtet können als Sedimentationsfolgen Turbidite im Wasser und Lamina, also Feinstschichtungen, entstehen.

Rolle des Wassers

Wasser kann die Stabilität eines Hanges sowohl erhöhen als auch verringern. Entscheidend ist die vorhandene Wassermenge. Kleine Mengen Wasser können Böden durch die Oberflächenspannung stärken, weil sie die Kohäsion erhöhen. Dadurch kann der Boden erosionsresistenter sein als im trockenen Zustand.

Zu viel Wasser wirkt dagegen wie ein Gleitmittel. Es kann Erosionsprozesse beschleunigen und verschiedene Massenbewegungen begünstigen, zum Beispiel Muren oder Erdrutsche. Das Artikelbeispiel ist eine Sandburg: Mit etwas Wasser hält der Sand seine Form; mit zu viel Wasser rinnt er davon; mit zu wenig Wasser fällt der Sandhaufen zusammen.

Auch unter Wasser können Rutschungen bedeutend sein. Bei submarinen Rutschungen kann Energie aus der Rutschung in einen Tsunami übergehen. Als Beispiel nennt der Artikel den Neufundlandbank-Tsunami von 1929.

Faktoren und Gefahrenanalyse

Für gravitative Massenbewegungen werden drei Gruppen von Faktoren unterschieden: dispositive, auslösende und kontrollierende Faktoren.

Dispositive Faktoren beschreiben Eigenschaften des Hanges, vor allem bodenmechanische, felsmechanische und hydrologische Eigenschaften. Sie lösen die Massenbewegung nicht unmittelbar aus, destabilisieren den Hang aber und bereiten die Bewegung vor. Sie können einen Hang von einem stabilen in einen instabilen Zustand versetzen. Genannt werden Scherfestigkeit, Klimaänderungen, Klüftung, Entwaldung, Tongehalt, Überkonsolidierung und Verwitterung.

Böden und Regolith bleiben am Hang liegen, solange die Gravitationskraft die Reibungskraft nicht übersteigt. Faktoren, die diesen Reibungswiderstand verringern können, sind seismische Aktivität, Überlastung durch Bebauung, erhöhte Bodenfeuchte, geringere Wurzeldichte, Verwitterung durch Frosthebung, Bioturbation, submarine Gashydrate, Extremniederschlag, Hangunterschneidung und natürliche Auflast.

Kontrollierende Faktoren bestimmen den Verlauf einer Massenbewegung. Sie beeinflussen Bewegungspfad, Reichweite und Geschwindigkeit der bewegten Masse. Deshalb sind sie wichtig für die Naturgefahrenanalyse. Zu ihnen gehören Hangkrümmung, Hangneigung, Bewaldung und Gerinneverbau.