Erosionsraten durch Farbanstrich ermitteln

15.12.2016: Die Bestimmung der räumlichen Verteilung von Erosionsprozessen an Gesteinsoberflächen in natürlicher Umgebung ist ein schwieriges Unterfangen. Deshalb gibt es hierzu bisher nur wenige Daten. Insbesondere in unwegsamem Gelände ist es schwer, Messapparate zu installieren und Veränderungen im Zeitverlauf, vor allem solche im Millimeterbereich, zuverlässig zu überwachen. In einer neuen Machbarkeitsstudie zeigt ein schweizerisch-deutsches Forscherteam mit Beteiligung des Wissenschaftlers Jens Turowski, Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, wie diese Erosionsprozesse anhand einer simplen Methode per Farbanstrich visualisiert werden können.

In einer Schlucht in den Schweizer Alpen nahe Zermatt haben die Wissenschaftler auf einer Fläche von 30 mal fünf Metern Farbmuster aus Quer- und Längsstreifen auf dem Gestein aufgetragen und über drei Jahre in regelmäßigen Abständen und aus genau definierten Standorten fotografiert. Anhand dieser Fotos konnten sie den Erosionsprozess, der durch den Abtrag der Farbe sichtbar wird, im Zeitverlauf beobachten. Das neue Verfahren nennen Sie „erosion painting“, zu Deutsch: „Erosionsmalerei“. Mit der Erosionsmalerei können die Wissenschaftler auch die räumliche Verteilung von Erosionsprozessen ermitteln und beispielsweise analysieren, an welchen Stellen eines Flusslaufs Erosionsprozesse intensiv und wo sie eher schwach ausgeprägt sind. Das Wissen hilft dabei, die hinter der Erosion stehenden physikalischen Prozesse besser zu verstehen. Die Arbeit der Wissenschaftler soll die Methode in der Prozessforschung etablieren.

Um topographische Veränderungen an Gesteinsoberflächen messen und kartieren zu können, waren bisher ausgefeilte Techniken notwendig, wie beispielsweise die Photogrammetrie, fest installierte Messstationen, Laserscanner und Erosionsmesssensoren. Doch warum kompliziert, wenn es auch einfach geht, fragten sich die Wissenschaftler. „Erosionsmalerei“ benötigt keine teuren Installationen, kann schnell und hochauflösend auch in unwegsamem Gelände angebracht werden und bedarf zur Auswertung ausschließlich der visuellen Inspektion durch Fotografien. Jens Turowski: „Die Verwendung von Farbe ist eine billige und einfach anzuwendende Methode zur Analyse der räumlichen Verteilung von Erosionsprozessen. Mit unserer Arbeit wollen wir vor allem zeigen, dass die Methode der Erosionsmalerei wissenschaftlich einsetzbar ist“. Mit wiederholten Laserscans haben die Wissenschaftler die Gültigkeit ihrer Methode überprüft. Hierbei zeigte sich auch, dass für den Laserscanner sehr kleine Erosionsraten im sub-Millimeterbereich unsichtbar sind, die per Erosionsmalerei nun erfasst werden können.

Die Wissenschaftler verwenden ausschließlich umweltfreundliche, wasserunlösliche Dispersions-Latexfarbe. Um den Eingriff in die Natur minimal zu halten, raten sie außerdem zum sparsamen Einsatz der Farbe, insbesondere in sensiblen Gebieten.

Originalstudie: Alexander R. Beer, James W. Kirchner, Jens M., Turowski, 2016. Graffiti for science – Erosion painting reveals spatially variable erosivity of sediment-laden flows. Earth Surface Dynamics 4, 885-894. DOI: 10.5194/esurf-4-885-2016

Fotos in druckfähiger Auflösung unter folgenden Links:

1) Graffiti für die Wissenschaft (Foto: Jens Turowski, GFZ)
2) Die Wissenschaftler bei der Arbeit (Foto: Alexander Beer, Eidg. Forschungsanstalt WSL)
3) Die Schlucht in den Schweizer Alpen (Foto: Alexander Beer, Eidg. Forschungsanstalt WSL)
4) Der Erstautor Alexander Beer mit vollem Körpereinsatz (Foto: Jens Turowski, GFZ)