Um die Sedimentvorkommen und -transfers entlang eines Hanges zu bestimmen, insbesondere im Rahmen der Erstellung von Gefahrenkarten oder Schutzbauten gegen Murgänge, verwenden Geomorpholog:innen einen ganzheitlichen Ansatz, der darauf abzielt, die Funktionsweise der Sedimentkaskaden des Hanges zu verstehen (Abb. 1 & 2). Das Prinzip besteht darin, den Hang als «kaskadenartiges System von miteinander durch Rohre und Abflüsse verbundenen Kästchen zu verstehen, deren Durchmesser je nach Kapazität und Zufluss der verschiedenen Zweige des hydrografischen oder gravitativen Netzes variieren kann» (Theler 2010). Die Bestimmung von Sedimentbilanzen auf der Skala eines Tals, eines Hangs oder eines Wildbachsystems ermöglicht somit die Vorhersage von Veränderungen der Erosions- und Sedimentationsraten und erlaubt es, Ablagerungsgebiete auszuscheiden sowie die Dauer der Sediment(zwischen-)speicherung und die Art und Weise der Remobilisierung von Sedimenten abzuschätzen. Die Konnektivität der Sedimentquellen mit talwärts gelegenen Bereichen ist von besonderer Bedeutung für die Bewertung der Sedimentmengen, die beispielsweise während eines Murgangereignisses potenziell mobilisiert werden können (Abb. 3).
In den Alpen sind aktive Blockgletscher ein integraler Bestandteil der Sedimentkaskade. Sie fungieren sowohl als Ort der End- oder Zwischenlagerung von Material als auch als Transferelemente, die Gesteinsmaterial mit einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern bis zu mehreren Metern pro Jahr talwärts transportieren. Ein Blockgletscher, dessen Front auf einer flachen Ebene oder einem Hang liegt, der nicht mit einem Gerinne verbunden ist, ist nicht Bestandteil der Sedimentkaskade. Wenn seine Front jedoch direkt mit einem Gerinne verbunden ist oder sich an einem Hangabbruch befindet, kann das Material, aus dem er besteht, potenziell durch gravitative Prozesse (z. B. Steinschlag, Felssturz) oder fluviatile Prozesse (z. B. Murgänge) talwärts bewegt werden (Abb. 4 & 5).
Die Analyse von Webcam-Bildern zusammen mit wiederholten Laserscans (LIDAR) ermöglichten ein besseres Verständnis der Erosionsprozesse, die an steilen Fronten von Blockgletschern ablaufen, welche direkt mit einem Gerinne verbunden sind. Für den Fall eines vorstossenden Blockgletschers inklusive Wasserzufuhr wurden vier Erosionsprozesse identifiziert: Abrutschen von Gesteinsschutt, Steinschlag, intensiver Abfluss von Wasser aus dem Blockgletscher, Oberflächenabfluss. Während der Schneeschmelze sind Erosionsereignisse besonders häufig (Abb. 6 & 7). Während der Sommermonate nimmt die Häufigkeit von Erosionsereignissen stark ab, mit Ausnahme von Tagen mit starken Regenfällen. Im Winter gibt es an der Front des Blockgletschers fast keine Erosion.
Abb. 1: Vereinfachte Sedimentkaskade
Abb. 1: Vereinfachte Sedimentkaskade am Hang von Tsarmine (Val d’Arolla, Wallis). Die sedimentäre (und hydrologische) Dynamik dieses Hanges wird durch glaziale, periglaziale und gravitative Prozesse gesteuert (Quelle: C. Lambiel, Universität Lausanne, aus Theler, 2010).
Abb. 2: Beziehungen zwischen Sedimentationsmilieus
Abb. 2: Beziehungen zwischen Sedimentationsmilieus im Gebirge und potenziellen Sedimentverlagerungsprozessen.
Abb. 3: Der stark schuttbedeckte Bonnard-Gletscher (BSBonnard-GletscherBonnard-Gletscher (VS)
Abb. 3: Der stark schuttbedeckte Bonnard-Gletscher westlich des Diablon des Dames (Val d’Anniviers) überragt das Dorf Zinal. Da er mit einem Wildbach verbunden ist, stellt er eine Quelle für Wasser und Gesteinsmaterial dar, was zur Auslösung von Murgängen führen kann. Infolgedessen wurden im Dorf Schutzdämme errichtet (Foto: M. Brunatti).
Abb. 4: Konnektivität zwischen einem aktiven Blockgletscher und dem darunter liegenden Gelände
Abb. 4: Zwei Szenarien, welche die Konnektivität zwischen einem aktiven Blockgletscher und dem darunter liegenden Gelände schematisch darstellen. A. Keine Konnektivität: Die Sedimente werden am Fuss der Front abgelagert und beim Vorstossen des Blockgletschers bedeckt; B. Effiziente Konnektivität: Die Sedimente verlassen das Blockgletschersystem und können über die Sedimentkaskade weiter talwärts bewegt werden (Quelle: Kummert et al., 2017).
Abb. 5: Blick auf den Hang von Tsarmine im Val d’Arolla (VS)
Abb. 5: Blick auf den Hang von Tsarmine im Val d’Arolla (VS). Die steile und sehr instabile Front des Tsarmine-Blockgletschers liegt direkt oberhalb eines steilen Gerinnes und wird somit potenziell zu einer Quelle von Hanginstabilitäten.
Abb. 6: Erosionsprozesse während der drei Hauptperioden
Abb. 6: Zusammenfassung der Erosionsprozesse während der drei Hauptperioden (Winter, Schneeschmelze, Sommer) nach Ursache, Art, Zeitpunkt und Intensität. Die Grafiken auf der rechten Seite zeigen den zeitlichen Ablauf und die Intensität der verschiedenen Erosionsereignisse für drei aktive Blockgletscher im Wallis (Quelle: Kummert et al., 2018).
Abb. 7: Darstellungen einer Blockgletscherfront
Abb. 7: Schematische Darstellungen einer Blockgletscherfront, die im Laufe eines Jahres (1-3) verschiedenen Perioden unterschiedlicher Erosionsaktivität ausgesetzt ist. Im Winter (1) bewegt sich der Blockgletscher talwärts, es findet jedoch keine Erosion statt und die Front wird steiler. Während der Schmelzperiode (2a und 2b) verstärkt der steile Neigungswinkel der Front zusammen mit der Wasserzufuhr aus der Schneeschmelze, dem Auftauen der Auftauschicht (2a) und dem Auftauen des Permafrosts während der Anpassung der Tiefe der Permafrostobergrenze (2b) die Erosionsaktivität, was zu einer Anpassung der Frontneigung führt. Während des Sommers (3) ist die Erosion weniger stark und gleicht das Vorstossen des Blockgletschers aus (Quelle: Kummert et al., 2017).