Geoforschung

Rechtzeitig vor Erdfällen warnen

In Hamburg, Thüringen und Schleswig-Holstein haben sich in den vergangenen Jahren immer wieder tiefe Löcher in der Erde aufgetan. Geowissenschaftler arbeiten nun mit Unterstützung der Bundesregierung daran, Erdfälle in Deutschland rechtzeitig zu erkennen und ein wirksames Frühwarnsystem zu entwickeln.

Eine Luftaufnahme zeigt einen Überblick über die Stelle in Nachterstedt, an der bei einem Erdrutsch zwei Häuser in einen See gerissen worden.

Die Geowissenschaft erforscht, wie Erdfälle früh erkannt und wie wirksam vor ihnen gewarnt werden kann.

Foto: ddp images/Ronny Hartmann

Ende Oktober 2013 sackte eine Straße in Rottoach-Egern bei einer Erdwärmebohrung um zwei Meter ab. Aufsehen erregte ein Krater, der sich 2010 im thüringischen Schmalkalden bildete: Das Loch war 40 Meter breit und etwa 20 Meter tief. Durch einen Zufall wurden bei dem Erdfall weder Wohnhäuser zerstört noch Menschen verletzt.

Im selben Jahr hatten sich in Thüringen außergewöhnlich viele kleinere und größere Krater gebildet. Wie auf der Schwäbischen Alb und der Paderborner Hochebene kommt es dort regelmäßig zu solchen Ereignissen. Bauern stoßen auf ihren Feldern in diesen Gebieten immer wieder auf neue Trichter, die sie einfach wieder zuschütten.

Plötzlich ist da ein Loch

Jedes Jahr gibt es in Deutschland hunderte kleiner Erdfälle. "Wenn man in Schleswig-Holstein über Land fährt, sieht man häufiger mal kleine Absenkungen. Das könnten Erdfälle sein, die stören dann aber weniger", sagt Charlotte Krawczyk. Sie leitet das Department Geophysik am Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam und ist Professorin an der Technischen Universität Berlin. "Ein Landwirt muss allerdings aufpassen, ob sich der Erdboden auf seinem Feld weiter bewegt." Gefährlich werde es immer dann, wenn große Einbrüche in der Nähe von Zivilisation passieren.

Ursache für die Erdfälle ist die Beschaffenheit des Bodens. Bei den betroffenen Gebieten handelt es sich um Karstlandschaften mit gips-, kalk- oder salzhaltigem Grundgestein, das durch kohlensäurehaltiges Wasser aufgelöst wird. Sickert dieses Wasser in Spalten von Kalkstein, kann es über längere Zeit ein ganzes Höhlensystem in den Untergrund fressen. Gelegentlich bricht eine Höhle ein, und im Boden darüber entsteht ein trichterförmiges Loch.

Ein Auto wird vom Erdboden verschluckt

So wie in einem Wohngebiet in Quickborn im Sommer 2010: Auf einem Spielplatz sackte der Boden 70 Zentimeter ab. Quickborn liegt über einem großen Salzstock, der bis nach Hamburg reicht.

Wenige Monate später, im November 2010, tat sich im thüringischen Schmalkalden ein 40 Meter breiter Krater auf und verschluckte eine ganze Straße mitsamt geparktem Auto. Schmalkalden liegt laut Thüringer Landesanstalt für Umwelt und Geologie über einer mächtigen Schicht aus Gips. "Auf Luftbildern sehen die Versorgungsleitungen, die die Straße durchzogen haben, wie Perlenketten aus, die über dem Abgrund hängen", erklärt Krawczyk.

Wenn sich im Untergrund leicht lösliche Gesteine wie Salz oder Gips befinden, an denen ständig Grundwasser entlangfließt, lösen sich die Mineralien nach und nach auf. "Dadurch bilden sich Höhlen im Untergrund, und die darüber liegenden Schichten brechen irgendwann ein", so Krawczyk.

Bundesregierung unterstützt Geoforschung

Geowissenschaftlerinnen und Geowissenschaftler untersuchen mit Unterstützung des Bundesforschungsministeriums, wie Erdfälle in Deutschland früh erkannt und wie wirksam vor ihnen gewarnt werden kann.

In den terrestrischen Geowissenschaften fördert die Bundesregierung unter anderem Projekte zu Erkundung, Nutzung und Schutz des unterirdischen Raumes: Zentrale Aufgabe künftiger Forschungsarbeiten ist es, Aufbau und Struktur des Untergrundes zu erkunden. Ziel ist auch, relevante Prozesse zu identifizieren, die im unterirdischen Raum ablaufen. Bei der Frühwarnung vor Naturgefahren werden Projekte gefördert, die zum Prozessverständnis von Georisiken beitragen und solche zur Schadensanalyse und zur Entwicklung effektiver Informationssysteme für die Frühwarnung.

Frühzeitige Warnung vor Erdfällen

Bei einem Erdfall tut sich das Erdreich sehr plötzlich auf. Jahre vorher gibt es jedoch schon Bewegungen im Untergrund, die auf den bevorstehenden Einbruch hinweisen. Deshalb hat die Thüringer Landesanstalt für Geologie nach dem Erdfall von Schmalkalden 2012 ein Frühwarnsystem in Regionen installiert, die besonders erdfallgefährdet sind.

"Vereinfacht gesagt hat man Gewichte in Bohrlöcher gehängt, und sobald sich ein Gewicht durch ein Ruckeln nach unten bewegt, bekommt die Landesanstalt automatisch eine Warnung", sagt Krawczyk.

Überwachungsnetz soll Erschütterungen aufzeichnen

Veränderungen im Erdreich und Schwachstellen wie aufgelockertes Gestein sind ein Indiz für einen bevorstehenden Erdfall. Im Projekt SIMULTAN erforscht Krawczyk deshalb mit Kollegen, wie Veränderungen im Erdreich erkannt werden können, und wie zuverlässiger davor gewarnt werden kann.

Das Projekt SIMULTAN entwickelt Methoden zur Früherkennung von Erdfällen. Forschungseinrichtungen und Unternehmen kooperieren mit den Geologischen Diensten Hamburg, Thüringen und Schleswig-Holstein. Ziel ist, die Bevölkerung rechtzeitig zu warnen. Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt im Forschungsprogramm "Geo:N – Geoforschung".

Die Forschenden werten die Messdaten des Thüringer Überwachungssystems aus und testen, ob die Bewegungen im Untergrund genauer lokalisiert werden können. Um noch früher und vor allem sicherer vor Erdfällen zu warnen, entwickeln sie außerdem ein seismisches Überwachungsnetz. Es soll Erschütterungen sowie die Struktur und Schichtung des Bodens aufzeichnen.

Die Forscher kooperieren mit den Geologischen Diensten in den betroffenen Bundesländern, die für die Frühwarnung vor Naturgefahren zuständig sind. So soll sichergestellt werden, dass Anwohner vor drohenden Erdfällen gewarnt werden und ihre Häuser rechtzeitig verlassen können.

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