TSUNAMIS in Binnenseen der Alpen? - schadenprisma
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Bild 1 / Ausschnitt des Vierwaldstättersees mit seinen Seebecken. In der Karte sind alle im Text vorkommenden Ortsbezeichnungen aufgeführt.
Die gestrichelten Pfeile markieren stark vereinfacht die Herkunftsgebiete der größten Unterwasserrutschungen der Jahre 1601 (blau) und 1687 (rot).
Die Karte basiert auf den DHM25 digitalen Höhendaten sowie den swissBATHY3D bathymetrischen Reliefdaten, deren Verwendung mit freundlicher
Genehmigung des Bundesamtes für Landestopografie der Schweiz erfolgt (siehe auch www.geo.admin.ch).
TSUNAMIS
in Binnenseen der Alpen?
Eine Einschätzung der Gefährdung infolge Unterwasserhangrut-
schungen: Während Tsunamis entlang vieler Meeresküsten als eine
Gefahr mit hohem Schadenspotenzial betrachtet werden, werden Tsu-
namis in Binnenseen des Alpenraums von der Bevölkerung kaum als Bild 2 / Darstellung von
Unterwasserrutschun-
eine Naturgefahr wahrgenommen. Dabei zeigen historische Aufzeich- gen im Zürichsee. Beide
Rutschungen haben eine
nungen, dass Tsunamis auch in Binnenseen auftreten können und sogar Ausdehnung von mehre-
Menschenleben gefordert haben. Obwohl diese Ereignisse selten sind, ren 100 m. Es ist gut zu
erkennen, wo sich das
bleibt dennoch die Frage, inwieweit sich ähnliche Ereignisse heute Sediment am Hang ab-
gelöst hat und in tiefere
auswirken würden. Denn heutzutage sind die Uferbereiche vieler Seen Bereich des Seebeckens
abgeglitten ist. Als Gleit-
in den Alpen viel dichter besiedelt als in der Vergangenheit, sodass fläche wird der Bereich
bezeichnet, auf dem die
die Konzentration von Menschen, Gebäuden und Infrastruktur an den Rutschung mobilisiert
wird (Quelle: Strupler
Seeufern ein deutlich höheres Schadenspotenzial mit sich bringt. et al., 2017b).
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Historische Tsunamis (Hilbe & Anselmetti, 2014), sodass der (MARUM) der Universität Bremen sowie
in der Schweiz Wirt des Gasthauses zu Treib im ersten dem Schweizerischen Bundesamt für
Stock seines Gebäudes „von einer Welle Umwelt (BAFU) Untersuchungen durch-
Unter den historischen Tsunamis ist zu Boden“ geworfen wurde. Im Gegen- geführt, die die Thematik von Tsuna-
das Ereignis vom 16. September 1601 satz zum Ereignis 1601 wurde die Rut- mis in Binnenseen erfassen sollen. Die
im Vierwaldstättersee vermutlich das schung am Muota-Delta nicht durch ein gewonnenen Erkenntnisse sollen einem
bekannteste, bei dem eine bis zu 4 m Erdbeben ausgelöst. Es gibt verschiede- zukünftigen Risikomanagement dienen.
hohe Flutwelle weite Bereiche des ne Erklärungsansätze, aber der genaue Von den insgesamt fünf Projektgruppen
Seeufers, u. a. auch die Stadt Luzern, Auslösemechanismus ist bisher unklar. analysiert beispielsweise die Arbeits-
überflutete (Schnellmann et al., 2002). gruppe „Hazard“ die Gefährdung durch
Der damalige Stadtscheiber von Luzern, Untersuchungen von Tsunamis Tsunamis für Schweizer Seen mit einer
Renward Cysat (1545–1614), notierte, in Binnenseen Oberfläche größer als 1 km2 mit dem
dass die Flutwelle Schwemmgut bis langfristigen Ziel, eine Gefahrenhinweis-
zu 4 m über dem normalen Seespiegel Doch nicht nur die Grundlagen der karte für die Öffentlichkeit zu erstellen.
angeschwemmt hatte und die Überflu- Auslösemechanismen von Unterwasser-
tungen im besonders flachen Uferbe- rutschungen sind noch nicht vollständig Um die Gefährdung durch Tsunamis
reich zwischen Buochs und Ennetbürgen verstanden, auch die Ausbreitung und an Binnenseen zu erfassen, sind zu-
mehrere 100 m in das Landesinnere Auswirkung von Tsunami-Flutwellen in nächst grundsätzliche Informationen
hineinreichten (Bild 1). Weitere Augen- Seen werfen bisher noch viele Fragen und Arbeitsschritte notwendig (Bild 3).
zeugen berichteten, dass die Reuss, auf, die noch nicht untersucht worden Dazu gehören 1 die Identifikation von
die normalerweise den See in Luzern sind. Dabei ist das grundlegende Ver- rutschgefährdeten Hängen, 2 die Ab-
entwässert, zeitweise ihre Fließrichtung ständnis über Entstehung, Ausbreitung schätzung von Wellenhöhen, die durch
umkehrte und in den Vierwaldstättersee und Häufigkeiten von Unterwasserhang- die potenziellen Rutschungen zu er-
hineinfloss und alle 10 Minuten trocken rutschungen und Tsunamis wichtig, um warten sind sowie 3 die Abschätzung
fiel, sodass die Leute „trockenen Fu- das Risikopotenzial solcher Ereignisse von Wellenausbreitung auf dem See und
ßes“ das Flussbett überqueren konnten. besser einschätzen zu können. Seit das Auflaufen der Flutwelle an Land. Die
mehr als 20 Jahren forscht die Arbeits- Wellenhöhe eines rutschungsinduzierten
Die Ursache des Tsunami waren Unter- gruppe von Prof Dr. Flavio Anselmetti Tsunamis ist u. a. vom Volumen der Rut-
wasserrutschungen an den Hängen an der Universität Bern zusammen mit schung und der Neigung der Gleitfläche
des Seebeckens, welche durch ein KollegInnen an der Tsunamithematik des Hangrutsches abhängig und kann für
Erdbeben in der Zentralschweiz, im Vierwaldstättersee und Zürichsee. eine erste Einschätzung — wie auch die
etwa 10 km südlich vom Vier- Im Rahmen eines großen Forschungs- Hangstabilität — vereinfacht berechnet
waldstättersee, ausgelöst projektes (http://tsunami.ethz.ch/de/ werden. Dafür werden Angaben zum
wurden (Bild 2). Die Tsuna- home/) werden derzeit in Zusammen- Ausmaß, zur mittleren Hangneigung
miwelle entsteht durch das arbeit zwischen der Universität Bern, und Mächtigkeit einer potenziellen
Abgleiten von auf den Hän- dem Schweizerischen Erdbebendienst Rutschung sowie zur Wassertiefe im
gen abgelagerten Seesedi- und der Versuchsanstalt für Wasser- Zentrum der Rutschung benötigt. Mit
menten. Dabei senkt sich bau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) Hilfe von geophysikalischen Methoden
die Wassersäule dort, wo an der Eidgenössischen Technischen können hochauflösende bathymetrische
die Rutschungen abgehen, Hochschule (ETH) Zürich, dem Zent- Daten des Seebeckens erstellt werden
und sie hebt sich dort, wo rum für Marine Umweltwissenschaften (Bild 1) sowie Informationen über
die Rutschmassen abgelagert
werden. Durch diese vertikale
Verlagerung der Wassersäule
entsteht die Flutwelle, die sich
lateral (seitlich) im See ausbreitet.
Am 23. September 1687 kam es zu ei-
nem weiteren Tsunami-Ereignis im Vier-
waldstättersee, bei dem insbesondere
der östliche Teil des Sees nahe dem
Dorf Brunnen betroffen war (Bild 1). Bei
dem Ereignis rutschte ein Teil des Muo-
ta-Deltas in tiefere Bereiche des Sees
ab und löste daraufhin die Flutwelle aus.
Bild 3 / Ablauf der Arbeitsschritte bei der Analyse und Abschätzung der potenziellen Gefährdung durch Tsuna-
Die Chronik beschreibt, dass die Tsu- mis. Der schwarze Pfeil in der Grafik zeigt die Bewegungsrichtung der Rutschung an, die blauen Pfeile markieren
namiwelle eine Höhe von 5 m erreichte die Wellenausbreitung und den Wellenauflauf im Uferbereich (Quelle: VAW ETH Zürich, Strupler et al., 2020).
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die Lagerung der Sedimente im Unter- höhe maßgeblich beeinflussen und nicht muss, um eine signifikante Wellenhöhe
grund gewonnen werden. Zusätzlich mehr über eine einfache empirische Glei- zu erreichen. Bei den Ereignissen von
geben Messungen aus mehreren Meter chung erfasst werden können. Um für 1601 und 1687 hatten die Rutschungen
langen Sedimentkernen des Seebodens mehrere Rutschungen eine Berechnung etwa ein Volumen zwischen 20 und
Aufschluss über die Mächtigkeit von der Wellenhöhen und der Auflaufhöhen 30 Mio. m3. Das numerische Modell
einzelnen Schichten und deren geo- an Land zu erhalten, werden numerische errechnete, dass die Ausbreitungsge-
technischen Eigenschaften. Letztere, zu Modellierungen benötigt, die die kom- schwindigkeit der Flutwellen so schnell
denen z. B. die Dichte und Scherfestig- plexen Zusammenhänge simulieren und ist, dass die Wellen den See in wenigen
keit des Seeschlamms gehören, werden die Auswirkungen von Hangrutschungen Minuten durchqueren und besonders in
wie auch die Bodenbeschleunigung als auf die Entstehung und Ausbreitung den flachen Uferbereichen zu erheb-
Parameter der Erdbebenlast für eine von Tsunamis quantifizieren können. lichen Überflutungen führen. Laut den
grobe Abschätzung der Hangstabilität Ergebnissen der Computersimulation
benötigt. Allein über die Berechnung Beispiel: Untersuchungen für das Ereignis von 1601 erreichte die
der Hangstabilität ist es bereits mög- am Vierwaldstättersee Flutwelle eine Höhe von mindestens
lich, Hangabschnitte zu identifizieren, 4 Metern an den Ufern des Gersauer
die hinsichtlich der Rutschungsgefähr- Aufgrund der besonders guten Daten- Beckens sowie eine Auflaufdistanz —
dung kritisch sein können (Bild 3). grundlagen sind verschiedene Compu- ausgehend von der Seeuferkante — in
ter-basierte Berechnungen bisher für der Ebene zwischen Buochs und Ennet-
den Vierwaldstättersee und Zürichsee bürgen von etwa 700 m (Bild 1 und 4).
durchgeführt worden (Hilbe & Ansel-
metti, 2015; Strupler et al., 2017a, In einer weiteren Simulation wurde ein
2017b). Der Vierwaldstättersee eignet extremes Szenario für den Vierwald-
sich besonders gut, da die historischen stättersee unter der Erdbebenlast eines
Tsunami-Ereignisse im numerischen 1000-jährlichen Bebens (Erdbebenlast
Modell rekonstruiert und die Ergebnisse >1601) modelliert (Anselmetti & Hilbe,
mit den Augenzeugenberichten abgegli- 2016). Das Modell geht von der heutigen
chen werden können. Basierend auf den Seemorphologie und Sedimentmächtig-
historischen Rekonstruktionen können keit auf den Hängen aus. Es wurden
dann auch zukünftige Szenarien model- insgesamt 27 Rutschungsbereiche in
liert und hinsichtlich ihres Gefährdungs- den Seebecken des Vierwaldstättersees
potenzials beurteilt werden. Denn das identifiziert, die unter der angenom-
Bild 4 / Foto des Vierwaldstättersees mit Blick numerische Modell berechnet nicht nur menen Erdbebenlast instabil werden
nach Osten über das Gersauer Becken. Die
Farben zeigen die berechneten Wasserhöhen der die Wellenhöhe, sondern auch die Aus- könnten und beim Abgleiten zu einem
numerischen Modellierung Szenario „Rutschung dehnung der Überflutungsgebiete komplexen Muster sich überlagernder
1601“ zum Zeitpunkt der maximalen Überflutung.
an den Ufern und die Überflutungstiefen. Tsunami-Wellen führen würden. Die
Rot — Wasserhöhe oberhalb des heutigen mittleren
Wasserstandes, blau — Wasserhöhe unterhalb des Für die Risikoanalyse sind insbesondere simulierten Wellenhöhen fallen jedoch
heutigen mittleren Wasserstandes. Deutlich zu die Ausdehnung der Überflutungsgebie- deutlich geringer aus als bei dem mo-
sehen ist, dass weite Gebiete der heute bebauten
Flächen in Ennetbürgen und Buochs überflutet te und die zu erwartenden Wassertiefen dellierten Szenario aus dem Jahr 1601
wären. (Quelle: Anselmetti & Hilbe, 2016) von großer Bedeutung. Die Ergebnisse (Bild 5). Das gilt ebenso für das Aus-
der Untersuchung am Vierwaldstät- maß der Überflutungen in der Ebene
tersee zeigen, dass Hangrutschungen zwischen Buochs und Ennetbürgen.
Liegen Informationen zu kritischen hauptsächlich an Hängen mit einem Die Ursache liegt darin, dass viele der
Hangabschnitten vor, können für diese Gefälle zwischen 10 und 25° (Strasser potenziell gefährdeten Hänge beim Erd-
Bereiche gezielt Berechnungen durch- et al., 2011; Strupler et al., 2017a) vor- beben 1601 bereits „bereinigt“ wurden
geführt werden, die die Wellenhöhe für kommen. Das liegt vor allem daran, dass und die Sedimente damals abgeglitten
jede potenzielle Rutschung individuell 3 bis 10 m mächtige Sedimentpakete sind. Die aktuelle Mächtigkeit der seit-
ermitteln. Sobald diese Ergebnisse einer Schwachschicht an den Hangflä- her abgelagerten Schichten ist deutlich
vorliegen, kann abgeschätzt werden, chen auflagern, und diese potenziell ab- geringer als 1601. Da die Wellenhöhe
welche Gebiete von einer auflaufenden gleiten können. Ist die Hangneigung zu über das Volumen der Rutschung u. a.
Welle überflutet werden könnten. Dieser flach, kann die Schicht kaum mobilisiert von der Mächtigkeit abhängt, bedeu-
Ansatz der schnellen Abschätzung von werden. Ist die Neigung zu steil, kann tet eine geringere Mächtigkeit auch
potenziellen Wellenhöhen ist jedoch sich keine ausreichend mächtige Schicht eine niedrigere Wellenhöhe und damit
limitiert auf einen einzelnen Hangrutsch. ablagern, die bei einer Rutschung eine einhergehend eine geringe Auflauf-
Sobald mehrere Rutschmassen abglei- bedeutende Wellenhöhe auslöst. Bis- distanz in flachen Uferbereichen. Der
ten, z. B. ausgelöst durch ein Erdbeben, herige Ergebnisse gehen davon aus, Grad der Instabilität hängt neben der
kommt es zu Interferenzen zwischen dass mindestens ein Rutschungsvolu- Erdbebenlast auch von der Mächtigkeit
den ausgelösten Wellen, die die Wellen- men von 1 Mio. m3 übertroffen werden der potenziell instabilen Sediment-
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Die Vorhersage von tsunamiauslösen-
den Hangrutschungen ist bisher kaum
möglich. Was sicher ist, ist jedoch, dass
die Magnitude des nächsten See-Tsu-
namis auch davon abhängen wird, wann
die nächste Rutschung ausgelöst wird.
Je länger die stabile Phase andauert,
desto mächtiger sind die Ablagerungen
auf rutschungsgefährdeten Hängen
Bild 5 / Vergleich der berechneten Wasserhöhen aus den numerischen Modellierungen für das Szenario der Seebecken, die die Wellenhöhe
„Szenario 1601“ und für ein zukünftiges Szenario „27 Rutschungen“, ausgelöst durch ein Erdbeben mit kontrollieren. Auch wenn das Wieder-
einer statistischen Wiederkehrperiode von 1000 Jahren. Es ist deutlich zu sehen, dass die Überflutungen
im Uferbereich deutlich geringer ausfallen als in der Simulation des Ereignisses von 1601.
kehrintervall von größeren Seetsunamis
(Quelle: Anselmetti & Hilbe, 2016) bei mehreren 100 oder 1000 Jahren
liegt, sollte die Gefahr, die von einem
ablagerungen an den Hängen ab. Es ist Risikobewertung von Tsunamis solchen Ereignis ausgeht, nicht unter-
zu vermuten, dass Hänge, die 1601 und in Binnenseen schätzt werden. Im Fall des Falles gibt
1687 von Rutschungen betroffen waren, es nahezu keine Vorwarnzeit, die den
heute auch unter Erdbebenlast relativ Aufgrund der geringen Anzahl an Menschen ermöglicht, sich selbst und
stabil sind und nur kleinere Rutschungen historisch dokumentierten schweren ihr Eigentum zu schützen. Die Sensi-
produzieren. Daher wäre somit auch die Tsunami-Ereignissen in der Schweiz und bilisierung der Menschen in potenziell
maximale Höhe einer Tsunamiflutwelle der langen Wiederkehrzeiten sowie dem betroffenen Gebieten für eine Naturge-
limitiert. Je länger die Hänge nicht von bisher unzureichenden Verständnis der fahr, die bisher kaum Beachtung findet,
Rutschungen erfasst werden, je mäch- Auslösemechanismen ist es schwierig, ist somit ein wichtiger Schritt eines
tiger lagern sich die Sedimente dort an. Aussagen zu statistischen Häufigkeiten erfolgreichen Risikomanagements.
Die Gefahr eines Tsunami erhöht sich von Ereignissen bestimmter Magnitude
im Laufe der Zeit. Am Vierwaldstätter- zu treffen. Daher ist es umso wichtiger,
see liegt ein kritischer Bereich heute dass diese Thematik auch in anderen
auf der westlichen Seite der Chindli- Regionen der Alpen untersucht wird, um Danksagung
Moräne (Bild 1), die bei den Erdbeben einen besseren Einblick in die Häufigkeit
1601 und 1774 nicht betroffen war. Die von See-Tsunamis zu erhalten. Ausge- Ein großes Dankeschön geht an Prof.
simulierte Flutwelle würde eine Auflauf- hend von der Universität Innsbruck Dr. Flavio Anselmetti (Universität Bern),
höhe von mehr als 5 m Höhe im Bereich werden mittlerweile auch in Österreich Prof. Dr. Michael Strasser (Universität
der Deltas von Gersau und Beckenried verschiedene Seen hinsichtlich ihrer Innsbruck) und Dr. Michael Strupler
erreichen. Ein solches Ereignis hätte „Tsunami-Geschichte“ untersucht. (Schweizerischer Erdbebendienst, ETH
verheerende Folgen für das dicht besie- Zürich) für ihre Unterstützung und die
delte Gebiet (Hilbe & Anselmetti, 2015). So berichtet eine historische Quelle Bereitstellung von Abbildungen. Ein
aus dem Jahr 1761 von einem Flutwellen- großer Dank gilt auch dem Bundesamt
Was bedeuten diese Erkenntnisse Ereignis im Hechtsee in Tirol, und die für Landestopografie der Schweiz und
für die Zukunft? ersten sedimentologischen Auswertun- der Versuchsanstalt für Wasserbau,
Tsunamis in Binnenseen werden gen der Universität Innsbruck scheinen Hydrologie und Glaziologie (VAW) der
auch in Zukunft auftreten — das ist dieses Ereignis zu bestätigen (Strasser ETH Zürich für die Genehmigungen
sicher. et al., 2017). zur Verwendung der Abbildungen.
LITERATUR
Anselmetti, F. und Hilbe, M., 2016. Tsunamis im Vierwaldstättersee. In: Die Natur Strasser, M. et al., 2007. Quantifying subaqueous slope stability during seismic
kennt keine Katastrophen. (Hrsg.) Meier, M., Wunderlin, D. und Anselmetti, F., shaking: Lake Lucerne as model for ocean margins. Marine Geology, 240, 77-97.
Periferia Edizioni, Luzern, 320 Seiten.
Strupler, M., et al., 2020. Abschätzung der Gefährdung durch Tsunamis in perial-
Hilbe, M. und Anselmetti, F., 2015. Mass movement-induced tsunami hazard on pinen Seen infolge Unterwasserhangrutschungen. Wasser, Energie, Luft, 112, 11-16.
perialpine Lake Lucerne (Switzerland): Scenarios and numerical experiments.
Pure and Applied Geophysics 172, 545-568. Strupler, M. et al., 2017a. A subaqueous hazard map for earthquake-triggered
landslides in Lake Zurich, Switzerland. Natural Hazards, 90, 51-78.
Hilbe, M. und Anselmetti, F., 2014. Signatures of slope failures and river-delta
collapses in a perialpine lake (Lake Lucerne, Switzerland). Sedimentology, 61, Strupler, M. et al., 2017b. Probabilistic stability evaluation and seismic triggering
1883-1907. scenarios of submerged slopes in Lake Zurich (Switzerland). Geomarine Letters,
37, 241-258.
Schnellmann, M. Anselmetti, F. et al., 2002. Prehistoric earthquake history revea-
led by lacustrine slump deposits. Geology, 30, 1131-1134.
Dr. Miriam Dühnforth
Strasser, M. et al., 2017. Seesedimente als geologische Zeugen vergangener Risikoanalyse und -beratung
extremer Naturereignisse. Arbeitstagung “Angewandte Geowissenschaften an Versicherungskammer Bayern
der GBA”, 19.-22. Juni 2017. Bad Ischl, Hallstatt, Gmunden. München
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