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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-90261
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2018/9026/


Modellierung der Veränderung des Risikos für gravitative Massenbewegungen in den Hochgebirgslagen der Alpen unter dem Einfluss des Klimawandels

Horn, Maren

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SWD-Schlagwörter: Klimamodelle , Klimawandel , Alpen , Georisiko , Schweiz , Modellieren , Fuzzy - Logik , gravitative Massenbewegungen , Steinschlag , Gesteinsanalyse
Freie Schlagwörter (Deutsch): Georisikokarten , Georisikobewertung , Exposition , Ultraschall , DIN , Bauwesen , Geologie , Frostverwitterung
Freie Schlagwörter (Englisch): geohazard , rock fall activity , ultrasonic emission , frost weathering , GIS , Alps, climate change , fuzzy logic , modelling
Basisklassifikation: 38.00
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Böhner, Jürgen (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 01.12.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 02.03.2018
Kurzfassung auf Deutsch: Das Klima ist eine essentielle Einflussgröße in der Analyse und Bewertung von Naturgefahren. Es stellt in der Risikobewertung auf der Grundlage des Dispositionsmodells bisher einen stabilen Faktor der Grunddispositionen dar. Doch die in den letzten Dekaden beobachteten Klimaveränderungen und Häufungen von Extremwetterereignissen, einhergehend mit einer Erhöhung der Anzahl von gravitativen Massenbewegungen in den Hochgebirgslagen der Alpen, führen zu Überlegungen einer neuen Bewertung des klimatischen Einflusses auf Georisikopotenziale. Die Einbeziehung der Verwitterung als dynamischen bzw. variablen Faktor in der Georisikobewertung von potenziell durch gravitative Massenbewegungen gefährdeter Hochgebirgslagen stellt eine Erweiterung des aktuellen Standards dar.
Hierfür wird neben der zerstörungsfreien Analyse der Frostverwitterungsresistenz von Gesteinsproben unterschiedlicher Petrographien u.a. mittels Ultraschall, ein Verwitterungsindikator (PVI) aufgestellt. In Verbindung mit den für das Jahr 2070 prognostizierten Klimaszenarien, RCP 4.5 und RCP 8.5, werden die potenziellen Verwitterungsdynamiken der Gesteinsproben unter der Einbeziehung des PVI abgeleitet. Schließlich wird durch die Verknüpfung mit weiteren ausgewählten Grund- und variablen Dispositionsfaktoren die Identifizierung von Flächen, welche unter dem Einfluss des Kliwandels ein potenziell verändertes Georisiko für gravitative Massenbewegungen erfahren, erreicht. Die GIS - gestützte Analyse bedient sich vorrangig einer trenn-scharfen Methode der Klassifizierungen und Verschneidung der ausgewählten Geofaktoren. Darüber hinaus wird beispielhaft die Fuzzy - Methode vorgestellt, um auf das Potenzial einer unscharfen Georisikoanalyse hinzuweisen. Für die Identifizierung und Darstellung von potenziellen Georisikogebieten für gravitative Massenbewegungen in Form einer Georisikopotenzialkarte zeigt eine trennscharfe Methode Vorteile hin¬sicht¬lich des Aufwandes der Generierung sowie der Interpretation der Ergebnisse. Im Vergleich dazu ist eine Fuzzy - basierte Methode zeitintensiver. Gleichzeitig beinhaltet sie einen komplexeren Informationsgehalt. Beide Methoden führen zur Ausweisung von Flächen, welche infolge einer lokalen Zunahme der Verwitterungsintensität bis zum Jahr 2070 ein zum Teil vielfach höheres Georisikopotenzial für gravitative Massen¬be¬we¬gungen im Vergleich zum aktuellen Stand aufzeigen.
Kurzfassung auf Englisch: This thesis highlights the effects of climate change in geohazard analysis in the Swiss Alps, with the aim to improve the accuracy of gravitational massmovement event predictions. Climate models based on two different representative concentration path-ways (RCPs) were used, projected for the year 2070, from the Intergovernmental Panel on Climate Change (CMIP 5). The climate model scenarios are available from the web platform WorldClim (Version 1.4), that releases global climate data for spatial modeling and mapping in a geo¬gra¬phic information system (GIS).
Climatic monitoring of the last 30 decades in the Swiss Alps has shown an increase in the average temperature in high altitude regions. Changes in the average temperature in these areas related to climate change reduces the number of days where tempera¬tures remains below zero degree Celsius and therefore results in an increase in the number of days where freezing and thawing can occur. Most notably, after extreme weather events, an increase in the number of gravitational massmovements (rockfalls, rockslides) have been observed. Therefore, a number of research projects were under-taken to gauge to what degree permafrost degradation is a trigger for gravitational massmovement events. As the number of days with freeze - thaw cycles increases, the effect of frost weathering must also be considered as preparing agent and a trigger of rockfalls and rockslides. Specifically, the effect of intensive frost weathering increases the instability of rock masses through the development of ice induced cracks or the enlargement of joints in rocks as a response to frost wedging. The weathering and instability of rock masses pose a significant risk to human life and infrastructure in the highmountain regions of the Alps, and therefore are the leading causes of gravitational massmovements. The degree to which freeze-thaw cycles affect the instability of rock masses is most strongly controlled by the frequency by which they occur. If the in¬crea-sing of warming of the Swiss Alps remains or continues in the coming decades, large moun¬tainous regions will continue to be affected by an increase in frost weathering.
To predict the effects of frost weathering in such scenarios a small number of rock samples of various lithologies taken from three regions in the Swiss Alps were analyzed in regard to their resistance against frost weathering. The technical analysis consisted of calculating the Young's modulus of elasticity through non - destructive ultrasonic examination as well as measurements of the porosity and permeability be¬fore and after an exposure to 50 laboratory driven freeze - thaw cycles. An index was conceived to express the frost weathering susceptibility of the different rock litho¬logies; called PVI (germ. Petrographischer Verwitte¬rungsindex; petrographical weathe¬ring index). This index was then adapted to the climate models RCP 4.5 and RCP 8.5. The PVI is shown to vary in respect to the predicted number of freeze - thaw - cycles and the specific rock susceptibility for frost weathering.
On the basis of a geohazard analysis methodology called the disposition model, other geofactors such as slope, curvature and groundcover have been taken into account to assess the risk of gravitational mass movement for the climate scenarios in three chosen Swiss Alp study areas. With a crisp classification method maps predicting the risk of gravitational mass movement were generated in a GIS. For one study area geo-hazard maps were also developed using a fuzzy classification method. Together, maps developed from both methods allow a comparison of their relative advantages, disad-van¬tages, and their overall applicability. The incorporation of the dynamic aspect of frost weathering of different rock types shows potential to enhance the current metho-dology applied in georisk analysis of areas that are affected by the developing effects of climate change, specifically gravitational mass move¬ments. This thesis shows that the susceptibility of frost weathering varies significantly between the rock types. There¬fore, this thesis advocates that PVI data bases should be built using a large number of different lithologies allowing for an application of the methodology to other areas world-wide affected by gravitational mass movements.


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