Switzerland

Wenn die Wurzeln reissen, gerät der Boden ins Rutschen

Erdrutsche zählen zu den häufigsten Naturgefahren. Baumwurzeln und Bodenorganismen erhöhen zwar die Stabilität der Hänge.
Aber nicht jeder Walt Ein vielfältiger Wald wirkt besonders gut gegen Rutschungen.

Mit ihren Wurzeln stabilisieren Bäume steile Hänge und verhindern so ein Abrutschen.

Mit ihren Wurzeln stabilisieren Bäume steile Hänge und verhindern so ein Abrutschen.

imago

Intensive Niederschläge führen nicht nur zu Hochwasser und Überschwemmungen. Immer wieder geraten auch wassergesättigte Hänge ins Rutschen. Fachleute sprechen von spontanen Rutschungen und Hangmuren. Im letzten Jahr war vor allem das Tessin betroffen. Ende August kam es zu Sachschäden, und ein Erdrutsch unterbrach die Bahnlinie zwischen Magadino und Luino. Personen kamen keine zu Schaden.

Übernutzung als Ursache für Erdrutsche

In Zukunft könnten sich Erdrutsche häufen. Denn wegen der Klimaerwärmung ist häufiger mit Starkniederschlägen zu rechnen. Ein verändertes Klima ist aber nur ein Faktor. Seit langem ist bekannt, dass die Vegetationsdecke die Stabilität von Hängen beeinflusst. So waren etwa Rutschungen in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts in den Alpen und Voralpen der Schweiz ein weitverbreitetes Phänomen. Ursache für die vielen Hangrutsche waren vor allem übernutzte Weiden, die verbreitete Abholzung sowie der schlechte Zustand der Wälder im Gebirge. In Kombination mit den verheerenden Überschwemmungen im Flachland führte dies 1876/77 zu den ersten nationalen Forst- und Wasserbaugesetzen. Diese lösten Aufforstungsprogramme aus, deren Umsetzung bis weit ins 20. Jahrhundert reichte.

Die Medizin wirkte: Die vegetationslosen Flächen wurden begrünt, die Narben verheilten. Doch hundert Jahre nach dem Beginn der Aufforstungen riefen mehrere Unwetter ab 1977 in Erinnerung, dass nach wie vor mit spontanen Rutschungen zu rechnen ist. In Sachseln beispielsweise kam es 1997 während intensiver Niederschläge zu rund 400 Rutschungen. Nach dem Unwetter im August 2005 zählte man schweizweit über 5000 Erdrutsche.

Ein Unwetter löste am 16. August 1997 in der Umgebung der Dorfes Sachseln diverse Erdrutsche aus. In der Folge wurden grosse Mengen Schutt und Schlamm ins Dorf gespült.

Ein Unwetter löste am 16. August 1997 in der Umgebung der Dorfes Sachseln diverse Erdrutsche aus. In der Folge wurden grosse Mengen Schutt und Schlamm ins Dorf gespült.

Sigi Tischler / Keystone

Über 700 dokumentierte Ereignisse

Die Forschung griff das Thema auf und begann, Rutschereignisse zu dokumentieren. Eine Datenbank an der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) enthält inzwischen über 700 gut dokumentierte Rutschungen in fünf Kantonen. «Lange hiess es, im Wald gebe es kaum Rutschungen», sagt Christian Rickli von der WSL in Birmensdorf. Doch auch im Wald könne ein Hang abrutschen. Die statistische Auswertung förderte aber klare Unterschiede ans Licht. Bis zu Hangneigungen von 38 Grad gab es im Freiland mehr Rutschungen als im Wald. Die geringere Anzahl Rutschungen wird unter anderem mit der verstärkenden Wirkung der Wurzeln im Boden erklärt.

In noch steilerem Gelände werden aber die Grenzen des Waldes erkennbar. Dort ereigneten sich sogar mehr Rutschungen als im offenen Gelände. Das hängt auch damit zusammen, dass an steilen Hängen öfters Wald wächst, weil sich eine landwirtschaftliche Nutzung nicht lohnt und diese steilen Wälder meist auch weniger gepflegt werden. Die Auswertungen zeigen aber auch Unterschiede von Wald zu Wald. So schützen sehr dichte, einförmige Wälder und von Windwurf betroffene Flächen weniger gut vor Rutschungen als stufige Wälder mit verschiedenen Baumarten und Bäumen unterschiedlichen Alters.

Zentrale Rolle der Wurzeln

Ein wichtiges stabilisierendes Element sind Baumwurzeln. Ist die Reibung zwischen den Bodenteilchen zu klein und hält die Kohäsion den hangabwärts gerichteten Kräften nicht mehr stand, sind es die Wurzeln, die wie eine Armierung wirken. «Zuerst reissen die feineren Wurzeln, später die dickeren», erklärt Massimiliano Schwarz von der Berner Fachhochschule für Agrar-, Forst- und Lebensmittelwissenschaften (Hafl) in Zollikofen. Bei grösseren Rutschungen ist vor allem die basale Wirkung der Wurzeln wichtig. Liegt die Gleitfläche ein bis zwei Meter unter der Oberfläche, können Wurzeln durch diese hindurchwachsen und wie Nägel wirken. Erst seit wenigen Jahren wird auch die sogenannte laterale Wirkung erforscht. Rutscht ein Hang ab, wirken die Wurzeln an der Abrisskante dem Abrutschen entgegen.

Welchen Zugkräften Wurzeln standzuhalten vermögen, ist in den letzten Jahren experimentell an freigelegten Wurzeln untersucht worden. Die Forscher fanden Unterschiede bei den Baumarten. So können die Wurzeln von Fichten geringeren Kräften standhalten als diejenigen von Kastanienbäumen. Noch stärker als diese sind die Wurzeln von Weisstannen und vor allem von Buchen. Dies liege an der unterschiedlichen Verteilung der Wurzeln im Boden und deren mechanischen Eigenschaften, sagt Schwarz. Bei den beiden Nadelbäumen Fichte und Weisstanne besteht ein wesentlicher Unterschied auch darin, dass die Fichte oberflächlich wurzelt, während die Weisstanne auch tiefere Bodenschichten erschliesst.

Die Ergebnisse sind wertvoll für die Entwicklung von Modellen, mit denen die Wirkung der Wurzeln auf die Hangstabilität ermittelt werden kann. Besonders realitätsnahe Ergebnisse ergeben sich, wenn auch die Position der Bäume auf der Fläche und damit die räumliche Wurzelverteilung berücksichtigt wird. Solche Modelle sind zunehmend auch nutzbar für praktische Anwendungen wie Gefahrenbeurteilungen und Risikoabschätzungen.

Eine wichtige Frage ist, wie lange die verstärkende Wirkung der Wurzeln noch anhält, wenn Bäume abgestorben sind. «Drei bis fünf Jahre ist noch eine gewisse Wirkung vorhanden», sagt Schwarz. Sterben Bäume auf grösserer Fläche gleichzeitig ab, können Probleme auftreten. Bis das Wurzelwerk des neuen Bestandes wirksam ist, kann es im Gebirgswald nämlich mehrere Jahrzehnte dauern.

Je steiler die Hänge, desto wichtiger wird die stabilisierende Wirkung der Bäume. Im Bild das Onsernonetal.

Je steiler die Hänge, desto wichtiger wird die stabilisierende Wirkung der Bäume. Im Bild das Onsernonetal.

Karin Hofer / NZZ

Der Klebstoff im Boden

Neben der mechanischen Wirkung der Wurzeln ist auch ihre biologische und hydrologische Wirkung essenziell. In einem gesunden Boden laufen verschiedenste biochemische Prozesse ab. Mikroorganismen wie Bakterien und Pilze scheiden Stoffe aus, beispielsweise Polysacharide. «Diese wirken wie Klebstoff», sagt Frank Graf vom WSL-Institut für Schnee und Lawinenforschung (SLF) in Davos. «Damit werden einzelne Bodenteilchen zu stabilen Aggregaten verkittet.» Vor allem Mykorrhizapilze, die mit den feinen Baumwurzeln assoziiert sind, bilden solche Bausteine. Die weit verzweigten Fäden dieser Pilze halten die einzelnen Bodenteilchen wie Päckchen zusammen und schaffen zusammen mit den Wurzeln eine vielfältige Bodenstruktur mit einem stabilen Porensystem. Je besser die Poren ausgebildet sind, umso mehr Nährstoffe und Wasser kann ein Boden speichern. Nährstoffe fördern das Pflanzenwachstum. Die Wasserspeicherkapazität eines Bodens wiederum ist wichtig, denn die Auslösung einer Rutschung ist eng mit der Wassersättigung und dem Anstieg des Porenwasserdrucks verknüpft. Und das Wasserspeicherpotenzial eines Bodens wird zu einem guten Teil durch die Wurzeln bestimmt.

Neue Erkenntnisse generierte auch ein Forschungsprojekt des Nationalen Forschungsprogramms «Ressource Boden». Ein gut durchwurzelter Boden führt demnach zu einer «biologischen Erhöhung» der bodenmechanischen Stabilität. Im Vergleich zu einem unbewachsenen, trockenen Sandhaufen, bei dem insbesondere die Reibung zwischen den Sandkörnern die maximale Neigung bestimmt, ist bewachsenes Bodenmaterial auch an steileren Hängen noch stabil. «Im Labor zeigte sich, dass gut durchwurzelte Böden bis zu fünf Grad steiler stabil bleiben, als dies der Reibungswinkel des Bodenmaterials vermuten liesse», sagt Graf. Gemäss den in der WSL-Datenbank erfassten Rutschungen kann in gut strukturierten Wäldern die Hangneigung teilweise sogar noch steiler sein.

Stabilität dank Vielfalt

Besonders wirksam sind gut strukturierte Wälder, welche verschiedene Baumarten mit unterschiedlichen Wurzelsystemen wie Flach- und Tiefwurzler aufweisen. Homogene Bestände haben den Nachteil, dass die Schutzwirkung auf einen Schlag massiv abnimmt, wenn aus irgendeinem Grund viele Bäume innerhalb kurzer Zeit absterben. Deshalb achten Förster darauf, möglichst immer auch junge Bäume in einem Waldbestand nachzuziehen. Dafür braucht es Lücken im Wald. Diese müssen genug gross sein, damit junge Bäume eine Chance haben, aber auch nicht zu gross, weil sonst Rutschungen entstehen können.

Wie Fallstudien zeigen, lohnt es sich, den Wald an rutschgefährdeten Stellen gemäss den neuesten Erkenntnissen optimal zu pflegen. Er bietet jedoch – insbesondere bei extremen Niederschlägen – keinen vollständigen Schutz. Ohne Wald würden die Hänge aber bereits bei geringeren Regenmengen instabil.

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