Water Verplaatst Rotsen op de Matterhorn
De Matterhorn Hörnligrat Cryosphere Observatory is gelegen langs de noordoostelijke kam van de Matterhorn, met de belangrijkste onderzoeksplek tussen de Hörnlihütte en de Solvayhütte. Een zoom naar 3500 meter boven zeeniveau toont de vrijstaande rotspilaar met een volume van ongeveer 20 m³ in het geel en labelt de omliggende sensoren in het rood. De witte referentielijn tussen GNSS MH34 (rotspilaar) en GNSS HOGR (montageplaat voor terrestrische laserscanner) vertegenwoordigt een afstand van 11 meter. Rotsmonsters voor laboratoriumexperimenten werden verzameld achter de rotspilaar aan de noordzijde. De gestreepte witte lijn markeert de klimroute in de flank net onder de rotspilaar, waar jaarlijks ongeveer 3000 klimmers proberen de top te bereiken, voornamelijk tussen juli en midden september.
Wanneer water doordringt in rotskloofjes in permafrost, transporteert het warmte diep ondergronds, waardoor het bevroren gesteente ontdooit. Onderzoekers van het WSL Instituut voor Sneeuw- en Lawineonderzoek (SLF) hebben onderzocht welke processen rotsen destabiliseren tot het punt van instorting, aan de hand van een opvallend voorbeeld.
Op 13 juni 2023 stortte een vrijstaande rotspilaar in op de Hörnligrat, de meest prominente toegangsroute naar de Matterhorn. Ongeveer 20 kubieke meter steen viel naar beneden; gelukkig raakte niemand gewond. Jarenlang was water tijdens de sneeuwsmelting in de rots onder de pilaar gedrongen, wat tijdelijk het gesteente ontdooide en verzwakte, waardoor het geleidelijk instabiel werd. “Klimaatverandering versnelt dergelijke processen, die nu een veelvoorkomende oorzaak zijn van de toenemende frequentie van steenlawines in het hoge alpiene permafrost,” zegt SLF-onderzoeker Samuel Weber.
De onderzoekers hebben de rotspilaar negen jaar lang geobserveerd en gemeten. Hun belangrijkste instrument in dit onderzoek was een GNSS-ontvanger. Met behulp daarvan konden ze elke beweging van de pilaar tot op de millimeter registreren. Ze vergeleken deze meetreeks met seismische signalen, tijdsvertraging beelden en laseropnames. Op basis van rotsmonsters van de Hörnligrat bestudeerden ze de rotspilaar in een laboratorium als onderdeel van een internationaal project. “Permafrost-ontdooïng vermindert significant de kritische wrijvingshoek waarbij een rotsmassa begint te bewegen,” legt Weber uit. Hij paste zijn bevindingen toe in een computermodel. Dit was een succes, omdat de simulatie de gemeten bewegingen op de Matterhorn één-op-één reproduceerde. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Earth Surface Dynamics.
Instorting van een vrijstaande rotspilaar op de Matterhorn Hörnligrat: dagelijkse hoge-resolutie beelden tonen kinematische voorlopers.
Drie effecten verergeren de instabiliteit. Door klimaatverandering smelt het ijs in de permafrost dat de rots eerder afsloot. Dit laat water dieper doordringen, waardoor druk op de rots ontstaat. Tegelijkertijd brengt het water warmere temperaturen ondergronds. Dit is een kettingreactie, omdat het ervoor zorgt dat de permafrost en het ijs zelfs sneller ontdooien, wat op zijn beurt het doordringen van water en dus warmte nog dieper mogelijk maakt. “Dit vermindert ook de wrijvingskracht op het breekpunt met wel 50%, wat de rots verder verzwakt,” zegt Weber.
Tien dagen voor de instorting was de wisselwerking van deze effecten spectaculair zichtbaar op de Hörnligrat. De rotspilaar kantelde al jaren langzaam, met een versnelling van dit proces vanaf 2022. “Tijdsvertraging foto’s documenteren een zichtbare versnelling in de tien dagen voor de instorting in juni 2023,” zegt Weber. Tegelijkertijd leverden drie seismometers in de omgeving bewijs van de dynamiek van de dreigende instorting. “Weergegevens en temperaturen in de permafrost geven aan dat doordringend water zorgde voor snelle, kortdurende ontdooing ondergronds en een grote rol speelde in het voorval,” verduidelijkt Weber.
Om het risico van steenlawines in permafrost beter te beoordelen, wil Weber meer leren over de interactie tussen temperatuur, water en ijs in bevroren rots en de mechanische effecten daarvan. Hiervoor heeft hij meer gegevens nodig. “We richten ons nu op de rol van water en combineren verschillende meetmethoden om dit doel te bereiken.”
