Murgang - Debris flow

Trümmerkanal mit Ablagerungen, die nach den Stürmen 2010 in Ladakh , NW-indischer Himalaya, zurückgeblieben sind. Grobe Gerölldämme bilden die Kanalseiten. Auf dem Kanalboden liegen schlecht sortierte Gesteine.
Schuttfluss in Saint-Julien-Mont-Denis , Frankreich , Juli 2013
Narben, die im Winter 1983 in Ventura, Großraum Los Angeles, durch Murgänge entstanden sind. Das Foto wurde innerhalb von mehreren Monaten nach dem Auftreten der Murgänge aufgenommen.

Murgänge sind geologische Phänomene , in denen mit Wasser beladene Massen von Erde und fragmentierte Rock Angriff über Bergab, Trichter in Strom Kanäle, mitzureißen Objekte in ihre Wege und bilden dicke, schlammigen Ablagerungen auf Talböden. Sie haben in der Regel Rohdichten vergleichbar mit denen von Steinlawinen und anderen Arten von Erdrutschen (etwa 2000 Kilogramm pro Kubikmeter), aber aufgrund der weit verbreiteten Sediments Verflüssigung durch hohe verursacht porenFlüssigkeitsDrücke können sie fast so flüssig wie Wasser fließen. Trümmerströme, die steile Kanäle absteigen, erreichen gewöhnlich Geschwindigkeiten von über 10 m/s (36 km/h), obwohl einige große Ströme Geschwindigkeiten erreichen können, die viel höher sind. Schuttströme mit Volumina von bis zu 100.000 Kubikmetern treten weltweit häufig in Bergregionen auf. Die größten prähistorischen Flüsse hatten ein Volumen von mehr als 1 Milliarde Kubikmeter (dh 1 Kubikkilometer). Murgänge können aufgrund ihrer hohen Sedimentkonzentration und Mobilität sehr zerstörerisch sein.

Bemerkenswerte Murgang-Katastrophen des 20. Jahrhunderts forderten mehr als 20.000 Todesopfer in Armero , Kolumbien im Jahr 1985 und Zehntausende im Bundesstaat Vargas , Venezuela im Jahr 1999.

Funktionen und Verhalten

Trümmerströme weisen volumetrische Sedimentkonzentrationen von über 40 bis 50 % auf, und der Rest des Volumens eines Flusses besteht aus Wasser. Definitionsgemäß umfasst „Trümmer“ Sedimentkörner mit unterschiedlichen Formen und Größen, die im Allgemeinen von mikroskopisch kleinen Tonpartikeln bis hin zu großen Felsbrocken reichen . Medienberichte verwenden oft den Begriff Murgang , um Murgänge zu beschreiben, aber wahre Murgänge bestehen hauptsächlich aus Körnern, die kleiner als Sand sind . Auf der Landoberfläche der Erde sind Murgänge weitaus seltener als Murgänge. Unterwasser-Mudflows sind jedoch an den Kontinentalrändern von U-Booten weit verbreitet , wo sie Trübungsströmungen hervorbringen können . Schuttströme in bewaldeten Regionen können große Mengen an Holzabfällen wie Baumstämmen und Baumstümpfen enthalten. Sedimentreiche Wasserfluten mit Feststoffkonzentrationen von etwa 10 bis 40 % verhalten sich etwas anders als Murgänge und werden als hyperkonzentrierte Fluten bezeichnet. Normale Bachläufe enthalten noch geringere Sedimentkonzentrationen.

Schuttströme können durch starke Regenfälle oder Schneeschmelze, durch Dammbrüche oder Gletscherausbrüche oder durch Erdrutsche ausgelöst werden, die mit starken Regenfällen oder Erdbeben verbunden sein können oder nicht. In allen Fällen sind die wichtigsten Bedingungen für die Einleitung von Murgängen das Vorhandensein von Hängen mit einer Steilheit von mehr als etwa 25 Grad , die Verfügbarkeit von reichlich losem Sediment, Boden oder verwittertem Gestein und ausreichend Wasser, um dieses lockere Material fast vollständig zu sättigen (mit dem ganzen Porenraum gefüllt). Nach Wald- und Buschbränden kann es häufiger zu Schuttströmen kommen, wie die Erfahrung in Südkalifornien zeigt. Sie stellen in vielen steilen Berggebieten eine erhebliche Gefahr dar und haben in Japan, China, Taiwan, den USA, Kanada, Neuseeland, den Philippinen, den europäischen Alpen, Russland und Kasachstan besondere Aufmerksamkeit erhalten. In Japan einen großen Murgang oder Erdrutsch heißt yamatsunami (山津波), wörtlich Berg Tsunami .

Uralte Murganglagerstätte am Resting Springs Pass, Kalifornien

Trümmerströme werden durch die Schwerkraft bergab beschleunigt und folgen tendenziell steilen Bergrinnen, die in Schwemmfächer oder Auen münden . Die Vorderseite oder der „Kopf“ einer Murgangwelle enthält oft eine Fülle von grobem Material wie Felsbrocken und Baumstämmen, die eine große Reibung verursachen . Hinter dem reibungsreichen Fließkopf folgt ein reibungsärmerer, meist verflüssigter Fließkörper, der einen höheren Anteil an Sand , Schluff und Ton enthält. Diese feinen Sedimente tragen dazu bei, hohe Porenflüssigkeitsdrücke aufrechtzuerhalten, die die Murgangmobilität verbessern. In einigen Fällen folgt dem Strömungskörper ein wässriger Schweif, der in eine hyperkonzentrierte Strömung übergeht. Trümmerströme neigen dazu, sich in einer Reihe von Impulsen oder diskreten Schüben zu bewegen, wobei jeder Impuls oder Schwall einen charakteristischen Kopf, Körper und Schwanz hat.

Ein Murgang in Ladakh, ausgelöst durch Stürme im Jahr 2010. Er hat schlechte Sortierung und Deiche. Im Hintergrund ist ein steiles Quelleinzugsgebiet zu erkennen.

Debris-Flow-Ablagerungen sind im Feld gut erkennbar. Sie machen einen erheblichen Anteil vieler Schwemmfächer und Schuttkegel entlang steiler Bergfronten aus. Vollständig freigelegte Ablagerungen haben im Allgemeinen lappige Formen mit steinreichen Schnauzen, und die seitlichen Ränder von Murgangablagerungen und -pfaden sind häufig durch das Vorhandensein von steinreichen seitlichen Deichen gekennzeichnet . Diese natürlichen Deiche bilden sich, wenn relativ beweglicher, verflüssigter, feinkörniger Schutt im Murgangkörper von grobem, reibungsstarkem Schutt abweicht, der sich infolge der Korngrößenseigerung in Murgängen ansammelt (ein bekanntes Phänomen der Kornmechanik .) ). Seitliche Deiche können die Pfade der nachfolgenden Murgänge begrenzen, und das Vorhandensein älterer Deiche gibt eine Vorstellung von der Größenordnung früherer Murgänge in einem bestimmten Gebiet. Durch die Datierung von Bäumen, die auf solchen Lagerstätten wachsen, kann die ungefähre Häufigkeit von zerstörerischen Murgängen abgeschätzt werden. Dies sind wichtige Informationen für die Landentwicklung in Gebieten, in denen Murgänge häufig sind. Alte Murgangablagerungen, die nur in Aufschlüssen freigelegt werden, sind schwieriger zu erkennen, werden aber häufig durch das Nebeneinander von Körnern mit stark unterschiedlichen Formen und Größen charakterisiert. Diese schlechte Sortierung der Sedimentkörner unterscheidet Murgangablagerungen von den meisten wassergelagerten Sedimenten.

Typen

Andere geologische Ströme, die als Murgänge beschrieben werden können, werden in der Regel genauer benannt. Diese schließen ein:

Lahar

Ein Lahar ist ein Murgang, der in irgendeiner Weise mit vulkanischer Aktivität zusammenhängt , entweder direkt als Folge einer Eruption oder indirekt durch den Zusammenbruch von losem Material an den Flanken eines Vulkans. Eine Vielzahl von Phänomenen kann ein Lahar auslösen, darunter das Schmelzen von Gletschereis, intensive Regenfälle auf losem pyroklastischem Material oder der Ausbruch eines Sees, der zuvor durch pyroklastische oder glaziale Sedimente aufgestaut wurde. Das Wort lahar ist indonesischen Ursprungs, wird aber heute routinemäßig von Geologen weltweit verwendet, um vulkanogene Murgänge zu beschreiben. Fast alle der größten und zerstörerischsten Murgänge der Erde sind Lahare, die von Vulkanen stammen. Ein Beispiel ist der Lahar, der die Stadt Armero in Kolumbien überschwemmte .

Jökulhlaup

Ein Jökulhlaup ist eine Gletscherflut. Jökulhlaup ist ein isländisches Wort, und in Island werden viele Gletscherausbrüche durch subglaziale Vulkanausbrüche ausgelöst. (Island liegt auf dem Mittelatlantischen Rücken, der von einer Kette von meist unterseeischen Vulkanen gebildet wird). In anderen Ländern, eine häufige Ursache für Gletscherlauf ist das Durchbrechen von Eis gestaut oder Moräne -dammed Seen. Solche Brechereignisse werden oft durch das plötzliche Abkalben von Gletschereis in einen See verursacht, was dann dazu führt, dass eine Verdrängungswelle eine Moräne oder einen Eisdamm durchbricht. Talabwärts der Bruchstelle kann ein Jökulhlaup durch das Mitreißen von losem Sediment aus dem Tal, durch das er wandert, stark an Größe zunehmen . Durch eine ausreichende Mitnahme kann sich das Hochwasser in einen Murgang verwandeln. Die Fahrstrecken können 100 km überschreiten.

Theorien und Modelle von Murgängen

Zahlreiche unterschiedliche Ansätze wurden verwendet, um Murgangeigenschaften, Kinematik und Dynamik zu modellieren . Einige sind hier aufgelistet.

  • Rheologisch basierte Modelle, die auf Schlammströme angewendet werden, behandeln Murgänge als einphasige homogene Materialien (Beispiele sind: Bingham , zähplastisch , dilatante Flüssigkeit vom Bagnold- Typ , thixotrop usw.)
  • Dammbruchwelle, zB Hunt, Chanson et al.
  • Rollwelle, zB Takahashi, Davies
  • Progressive Welle
  • Eine Art übersetzender Felsdamm

Zweiphasig

Die Mischungstheorie , die ursprünglich von Iverson vorgeschlagen und später von anderen übernommen und modifiziert wurde, behandelt Murgänge als zweiphasige Fest-Flüssig-Gemische.

In realen zweiphasige (Debris) Massenströme eine starke Kopplung existiert zwischen den festen und der Fluidimpulsübertragung , wobei die festen normale Beanspruchung reduziert wird durch Auftrieb , der wiederum vermindert den Reibungswiderstand, verbessert die Druckgradienten des und reduziert Ziehen Sie an der Volumenkörperkomponente. Der Auftrieb ist ein wichtiger Aspekt des zweiphasigen Murgangs, da er die Fließbeweglichkeit (längere Laufwege) durch die Verringerung des Reibungswiderstandes im Gemisch erhöht . Auftrieb ist vorhanden, solange Flüssigkeit in der Mischung ist. Es reduziert die feste Normalspannung, feste seitliche Normalspannungen und die basale Schubspannung ( und damit den Reibungswiderstand) mit einem Faktor ( ), wobei das Dichte - Verhältnis zwischen der Flüssigkeit und den festen Phasen. Der Effekt ist erheblich, wenn das Dichteverhältnis ( ) groß ist (zB im natürlichen Murgang).

Wenn die Strömung neutral schwimmt, dh , (siehe zB Bagnold, 1954), wird die Schuttmasse fluidisiert und bewegt sich über längere Wegstrecken. Dies kann in hochviskosen natürlichen Murgängen passieren . Für neutral schwimmfähige Strömungen verschwindet die Coulombsche Reibung , der seitliche Festkörperdruckgradient verschwindet, der Widerstandsbeiwert ist Null und der basale Steigungseffekt auf die Festphase verschwindet ebenfalls. In diesem Grenzfall ist die einzige verbleibende feste Kraft die Schwerkraft und damit die Auftriebskraft. Unter diesen Bedingungen der hydrodynamischen Unterstützung der Partikel durch das Fluid wird die Schuttmasse vollständig fluidisiert (oder geschmiert ) und bewegt sich sehr wirtschaftlich, was lange Wegstrecken begünstigt. Im Vergleich zur schwimmfähigen Strömung zeigt die neutral schwimmfähige Strömung ein völlig anderes Verhalten. Im letzteren Fall bewegen sich die feste und die flüssige Phase zusammen, die Schuttmasse wird fluidisiert, die Front bewegt sich wesentlich weiter, das Heck hinkt hinterher und auch die Gesamtfließhöhe wird verringert. Wenn erfährt die Strömung keinen Auftriebseffekt. Dann ist die effektive Reibungsscherspannung für die Festphase die des reinen körnigen Flusses. In diesem Fall wird die Kraft aufgrund des Druckgradienten verändert, der Widerstand ist hoch und die Wirkung der virtuellen Masse verschwindet im Festkörperimpuls. All dies führt zu einer Verlangsamung der Bewegung .

Almaty , Kasachstan, nach dem katastrophalen Murgang von 1921. Eine Reihe von Einrichtungen, darunter der Medeu-Staudamm , wurden seitdem gebaut, um zu verhindern, dass solche Ströme die Stadt erreichen.

Schadensverhütung

Um zu verhindern, dass Murgänge Eigentum und Menschen erreichen, kann ein Murgangbecken gebaut werden. Schuttbecken sollen Boden- und Wasserressourcen schützen oder stromabwärts liegende Schäden verhindern. Solche Konstruktionen werden als letztes Mittel angesehen, da sie teuer zu bauen sind und eine jährliche Wartung erfordern. Auch dürfen Murgänge nur aus einem Bruchteil von Bächen zurückgehalten werden, die bergiges Gelände entwässern.

Vor einem Sturm, der potenziell Murgänge verursachen kann, können Prognoserahmen oft die Wahrscheinlichkeit quantifizieren, dass ein Murgang in einem Wassereinzugsgebiet auftritt; Es bleibt jedoch eine Herausforderung, die Menge an mobilisiertem Sediment und damit die Gesamtgröße von Murgängen, die bei einem bestimmten Sturm entstehen können, vorherzusagen und ob Schuttbecken die Fähigkeit haben, flussabwärts gelegene Gemeinden zu schützen oder nicht. Diese Herausforderungen machen Murgänge für Berggemeinden besonders gefährlich.

In der Populärkultur

1989 brachte der Choreograf David Gordon im Rahmen seines großangelegten Stücks David Gordon's United States und später 1999 als Teil von Autobiography of a Liar die Musik von Harry Partch und die Worte von John McPhee aus The Control of Control zusammen Nature , gelesen von Norma Fire, in einem Tanz mit dem Titel "Debris Flow", eine "erschütternde aufgezeichnete Erzählung über die Tortur einer Familie in einer massiven Schlammlawine in LA..."

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Weiterlesen

Externe Links