Überwachung von bergsturzgefährdeten Hängen im Karratfjord, Westgrönland
Ausgangslage
Mit dem Klimawandel steigt in der Arktis die Gefahr von Erdrutschen. In einigen Fällen sind die Erdrutsche gross genug, um Tsunamiwellen zu erzeugen, die nahe gelegene Orte verwüsten. Diese Kaskadenereignisse stellen ein hohes Risiko für arktische Regionen wie Alaska, Nordkanada und Grönland dar. Im Karratfjord in Westgrönland können durch Bergstürze erzeugte Tsunamis das nahe gelegene Fischerdorf Nuugaatsiaq sowie weitere Orte in der Umgebung gefährden.
Am 17.6.2017 ereignete sich in diesem Fjord ein Bergsturz von schätzungsweise 54 Mio. m3, der einen Tsunami mit einer Wellenhöhe von ca. 10 m auslöste. Der Tsunami erreichte Nuugaatsiaq ungefähr 10 Minuten nach dem Ereignis und führte zu 4 Todesfällen und der Zerstörung von 11 Gebäuden. Eine Analyse von Satellitendaten ergab, dass es in der Vergangenheit in diesem Fjord mehrere Erdrutsche gegeben hatte und dass es drei verschiedene aktive Zonen gibt, die im Falle von Erdrutsch-Tsunamis auch das Dorf Nuugaatsiaq gefährden könnten. Die Bewohner des Dorfes mussten daher evakuiert werden, bis eine Lösung gefunden wird.
Lösung
Die Regierung Grönlands beschloss, ein Frühwarnsystem (Early Warning System, EWS) einzurichten, um die Erdrutschsituation genau zu überwachen. Da solche Frühwarnsysteme oft komplex sind und aus mehreren Komponenten bestehen, die Fachwissen aus verschiedenen Bereichen erfordern, wurde ein Konsortium aus verschiedenen Unternehmen und Forschungseinrichtungen gegründet. Die Idee für das Frühwarnsystem bestand darin, einige Kameras aufzustellen und Bildanalysen der gefährlichen Hänge durchzuführen, um jegliche Beschleunigung der bergsturzgefährdeten Hängen zu überwachen und zu erkennen. Zusätzlich war geplant, in einer zweiten Phase seismische Sensoren zu installieren, um die Bevölkerung im Fjordsystem, im Falle von Erdrutschen und Tsunamis, automatisch zu warnen.
GEOPRAEVENT wurde ein wichtiger Partner für die Zusammenarbeit mit der Regierung Grönlands. 2022 wurden PROCam-Kamerasysteme installiert, um regelmässig Bilder der drei gefährlichen Hänge aufzunehmen.
Schematische Darstellung des in Karrat installierten Frühwarnsystems mit Stationen auf beiden Seiten des Fjords und den drei überwachten Bergsturzgebieten.
Mit der DEFOX™-Bildverarbeitungstechnologie von GEOPRAEVENT kann jede Beschleunigung der bestehenden Instabilitäten erkannt werden. Die Stromversorgung dieser Systeme wird durch eine Kombination aus einer Methanol-Brennstoffzelle und Solarmodulen, in Verbindung mit einem Batteriesystem, sichergestellt. Darüber hinaus empfahl GEOPRAEVENT die Nutzung der Online-Datenplattform GRAVX für das Datenhosting und die Integration der seismischen Daten in das Portal.
Für GEOPREVENT ist dieses Projekt mit mehreren Schwierigkeiten verbunden. Erstens stellten die Abgelegenheit der Anlage und die rauen arktischen Bedingungen, z. B. die fast drei Monate andauernde Polarnacht, hohe Anforderungen an die Hardware. Zweitens war es schwierig, optimale Standorte für die Kameras zu finden, da ein Kompromiss zwischen der bestmöglichen Sicht auf die Erdrutsche, um optimale Daten für die Deformationsanalyse zu erhalten, und der Tatsache, dass die Solarausbeute maximiert werden musste, um einen Methanol-Mehrverbrauch zu vermeiden, gefunden werden musste. Daher konnten mehrere interessante Standorte nicht weiter in Betracht gezogen werden, da das System im Falle eines bedeutenden Ereignisses durch Wellen, die von Tsunamis verursacht werden könnten, beeinträchtigt worden wäre. Eine letzte Herausforderung war die Entfernung von 8 bis 10 km zwischen den aktiven Instabilitäten und den Kamerapositionen. Bei diesen Entfernungen war GEOPREVENT besorgt über den Einfluss atmosphärischer Störungen auf die Qualität der Bilddaten und auf die Ergebnisse der Deformationsanalyse. Diese Bedenken stellten sich jedoch als unbegründet heraus, da die niedrigen Temperaturen und die entsprechend geringe relative Luftfeuchtigkeit letztlich keinen so grossen negativen Einfluss auf die Deformationsanalyse hatten.
Karrat Basisstation
Karrat counter-slope
Auf der Grundlage verschiedener Simulationen und unter Berücksichtigung der oben genannten Herausforderungen empfahl GEOPRAEVENT die Installation von zwei Systemen auf beiden Seiten des Fjords. Eine auf der gleichen Fjordseite wie die drei bergsturzgefährdeten Hänge, auf der Westseite der grössten Instabilität, und eine auf der anderen Seite des Fjords. An der ersten Station (Base-station) wurden sowohl eine Breitband- als auch eine Schmalband-Satellitenverbindung eingerichtet, wobei erstere als Hauptverbindung zur Übertragung der hochauflösenden Bilder an die Server von GEOPRAEVENT und letztere bei Bedarf als redundanter Zugang zum System diente. Es wurden redundante Funk- und WLAN-Verbindungen eingerichtet, um die Daten von einer Station zur anderen zu übertragen.
Das System wurde im Sommer 2022 installiert und im darauffolgenden Jahr aktualisiert, um einige anfängliche Probleme zu beheben. Die Qualität der erzeugten Bilddaten ist überraschend gut und die Ergebnisse der Deformationsanalyse ermöglichen es, die drei gefährlichen Bergsturzzonen zu identifizieren und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit zu überwachen, sodass die Bevölkerung im Fjordsystem geschützt wird und regelmässig über die Situation informiert werden kann.
Mehr Informationen
Station Counter slope.
Sicht von der Station Counter slope.
Deformationsanalyse im September 2022, Karrat counter-slope.
Base station Karrat 3.
Karrat 3, Base station.
Sicht der Kamera von Karrat 3, Base station.
Government of Greenland