Erdrutsche sind ein gleichermaßen komplexes und gefährliches Phänomen. Eine besondere Gefahr stellen Erdrutsche dar, welche in Gewässer stürzen und Tsunamis auslösen. Die Modellierung dieser Prozesse ist außergewöhnlich schwierig. Insbesondere das Zusammenspiel zwischen den stürzenden Erdmassen und die Mischung mit dem Wasser aber auch die große räumliche Ausdehnung machen diese Vorgänge schwer zu beschreiben, zu verstehen und vorherzusagen. Vielen Annahmen und mathematische Methoden, welche bisherigen Modelle für Erdrutsche prägen gelten unter diesen Bedingungen nur sehr eingeschränkt. Ein neues Computermodell, entwickelt von einem internationalen Team unter der Beteiligung der Universität Innsbruck, zeigt neue Wege auf, um die Gefahren besser einzuschätzen können. Das internationale Team besteht aus Matthias Rauter und Wolfgang Fellin von der Universität Innsbruck, Finn Løvholt vom Norwegischen Geotechnischen Institut, Sylvain Viroulet von der Universität Toulouse und Sigríður Sif Gylfadóttir vom meteorologischen Amt Island.
Das neue Modell
Zum ersten Mal wurde ein realer Erdrutsch als poröser, granularer, und verformbarer Körper mit einer vollen dreidimensionalen Modellierung simuliert. Die Interaktion mit dem Gewässer und die folgende Wasserwelle fügt sich nahtlos in dieses Konzept ein und erlaubt so den gesamten Prozess einheitlich zu modellieren. Die Modellparameter können weitgehend in einfachen Versuchen bestimmt werden - ein Novum für solche Modelle. Die übliche Reduktion auf ein zweidimensionales Problem ist nicht möglich, was den Einsatz großer Rechenkapazitäten am High Performance Cluster LEO, welcher von der Universität Innsbruck betrieben wird, erforderlich machte. Das Modell wurde an Laborexperimenten validiert und zeichnete sich dabei durch eine hohe Präzision und Detailtreue aus.
Der Askja Erdrutsch und Tsunami
Als erste Fallstudie für das neue Modell wurde der Erdrutsch am See Askja in Island aus dem Jahr 2014 gewählt. Das Ereignisse wurde im Jahr 2014 detailreich dokumentiert und eignet sich daher hervorragend um die Möglichkeiten aber auch Schwächen des neuen Modells zu zeigen. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das Modell eine realistische Vorhersage ermöglicht. Die Vorhersagen sind ebenbürtig mit früheren Simulationen, welche allerdings auf das bereits geschehene Ereignis hin optimierten wurden. Dies wird als bedeutender Fortschritt gewertet, denn das neue Modell ermöglicht tatsächliche Vorhersagen, im Gegensatz zu vorherigen Modellen, welche im wesentlichen Rückrechnungen darstellen.
Freie Software für eine freie Wissenschaft
Das Modell basiert vollständig auf der freien Software OpenFOAM. Dies ermöglichte den Autoren jegliche Freiheiten bei der Umsetzung der eigenen Vorstellungen und einen unbegrenzten Zugang. Somit werden Kosten reduziert und Ressourcen in eine langjährige Forschung investiert, welche über viele Jahre fortgesetzt werden kann.
Ein internationales Team unter der Beteiligung der Universität Innsbruck hat ein neues Computermodell entwickelt, um Gefahren besser einschätzen zu können.
Links:
- Matthias Rauter, Sylvain Viroulet, Sigríður Sif Gylfadóttir, Wolfgang Fellin & Finn Løvholt (2022), Granular porous landslide tsunami modelling - the 2014 Lake Askja flank collapse
- OpenFOAM (Open Source Field Operation and Manipulation)
- Marie Skłodowska-Curie Projekt SLATE
- Gylfadóttir et al. (2017), The 2014 Lake Askja rockslide-induced tsunami: Optimization of numerical tsunami model using observed data
- Massive landslide fell into Öskjuvatn lake, central highlands. Traffic to the area is closed down
