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10.5: Arten und Prozesse von Erdrutschen - Geowissenschaften

10.5: Arten und Prozesse von Erdrutschen - Geowissenschaften


Erdrutsche in den Vereinigten Staaten treten in allen 50 Staaten auf. Auch Alaska und Hawaii erleben alle Arten von Erdrutschen.

Erdrutsche in den Vereinigten Staaten verursachen Schäden in Höhe von etwa 3,5 Milliarden US-Dollar (Jahr 2001) und töten jährlich zwischen 25 und 50 Menschen. Opfer in den Vereinigten Staaten werden hauptsächlich durch Steinschläge, Felsrutsche und Murgänge verursacht. Erdrutsche ereignen sich weltweit und verursachen jährlich Tausende von Opfern und Milliarden an Geldverlusten.


Abbildung 1. La Conchita, Küstengebiet Südkaliforniens. Foto von R.L. Schuster, U.S. Geological Survey.

Die Informationen in dieser Veröffentlichung bieten eine Einführung in das Verständnis grundlegender wissenschaftlicher Fakten über Erdrutsche – die verschiedenen Arten von Erdrutschen, wie sie ausgelöst werden und einige grundlegende Informationen darüber, wie sie als Gefahr gehandhabt werden können.

In La Conchita kam es im Frühjahr 1995 zu einem Erdrutsch und Erdrutsch (siehe Abbildung 1). Die Menschen wurden evakuiert und die Häuser, die der Rutsche am nächsten waren, wurden vollständig zerstört. Dies ist eine typische Art von Erdrutsch.


Abbildung 2. Ein idealisierter Slump-Erd-Flow, der die häufig verwendete Nomenklatur zur Kennzeichnung der Teile eines Erdrutsches zeigt.

ARTEN VON LANDSLIDEN

Der Begriff „Erdrutsch“ beschreibt eine Vielzahl von Prozessen, die zur Abwärts- und Abwärtsbewegung von Hang bildendem Material wie Gestein, Boden, künstlicher Aufschüttung oder einer Kombination davon führen. Die Materialien können sich durch Fallen, Kippen, Rutschen, Spreizen oder Fließen bewegen. Abbildung 1 zeigt eine grafische Darstellung eines Erdrutsches, wobei die allgemein akzeptierte Terminologie seine Merkmale beschreibt.

Die verschiedenen Arten von Rutschungen lassen sich nach Materialart und Bewegungsart unterscheiden. Ein auf diesen Parametern basierendes Klassifikationssystem ist in Tabelle 1 dargestellt. Andere Klassifikationssysteme beinhalten zusätzliche Variablen wie die Bewegungsgeschwindigkeit und den Wasser-, Luft- oder Eisgehalt des Erdrutschmaterials.

Tabelle 1. Arten von Erdrutschen. Abgekürzte Version der Varnes-Klassifikation der Hangbewegungen (Varnes, 1978).

Bewegungsart

Art des Materials
GrundgesteinIngenieurböden
Überwiegend grobÜberwiegend gut
StürzeSteinschlagTrümmer fallenErde fallen
StürztSteinschlagTrümmer stürzenErde stürzen
FolienRotationsFelssturzSchuttrutscheErdrutsche
Übergangszeit
Laterale SpreizungenGesteinsverbreitungTrümmerverteilungErdausbreitung

Flüsse
Gesteinsströmung
(tiefer Kriecher)
Murgang
(langsames Kriechen)
Erdströmung
(langsames Kriechen)
KomplexKombination oder zwei oder mehr Hauptbewegungsarten

Obwohl Erdrutsche hauptsächlich mit Bergregionen in Verbindung gebracht werden, können sie auch in Gebieten mit allgemein niedrigem Relief auftreten. In Gebieten mit niedrigem Relief treten Erdrutsche als Aufschüttungsbrüche (Straßen- und Baugruben), Flussklippenbrüche, seitlich ausbreitende Erdrutsche, Einsturz von Halden (insbesondere Kohle) und eine Vielzahl von Böschungsbrüchen im Zusammenhang mit Steinbrüche und Tagebaue. Die häufigsten Arten von Erdrutschen werden wie folgt beschrieben und sind in Abbildung 3 dargestellt.

Folien


Abbildung 3. Diese Schemata veranschaulichen die wichtigsten Arten von Erdrutschbewegungen.

Obwohl viele Arten von Massenbewegungen im allgemeinen Begriff "Erdrutsche" enthalten sind, bezieht sich die restriktivere Verwendung des Begriffs nur auf Massenbewegungen, bei denen es eine ausgeprägte Schwächezone gibt, die das Rutschmaterial von dem stabileren darunterliegenden Material trennt. Die beiden Haupttypen von Schlitten sind Rotationsschlitten und Translationsschlitten. Rotationsrutsche: Dies ist eine Rutsche, bei der die Bruchfläche konkav nach oben gekrümmt ist und die Rutschenbewegung ungefähr um eine Achse rotiert, die parallel zur Bodenoberfläche und quer über die Rutsche verläuft (Abb. 3A). Translationsrutsche: Bei dieser Art von Rutsche bewegt sich die Rutschmasse entlang einer ungefähr ebenen Fläche mit geringer Drehung oder Rückwärtsneigung (Abb. 3B). Ein Blockschlitten ist ein translatorischer Schlitten, bei dem die bewegte Masse aus einer einzelnen Einheit oder einigen eng verwandten Einheiten besteht, die sich als relativ zusammenhängende Masse talwärts bewegen (Abb. 3C).

Stürze

Stürze sind abrupte Bewegungen von Massen geologischen Materials wie Felsen und Geröll, die sich von steilen Hängen oder Klippen lösen (Abb. 3D). Die Trennung erfolgt entlang von Diskontinuitäten wie Brüchen, Gelenken und Bettungsebenen, und die Bewegung erfolgt durch freien Fall, Springen und Rollen. Stürze werden stark durch Schwerkraft, mechanische Verwitterung und das Vorhandensein von interstitiellem Wasser beeinflusst.

Stürzt

Kippfehler werden durch die Vorwärtsdrehung einer Einheit oder Einheiten um einen Drehpunkt unterhalb oder unterhalb der Einheit unter Einwirkung von Schwerkraft und Kräften, die von benachbarten Einheiten oder von Flüssigkeiten in Rissen ausgeübt werden, unterschieden (Abb. 3E).

Flüsse

Es gibt fünf grundlegende Kategorien von Strömen, die sich grundlegend unterscheiden.

  1. Schuttstrom: Ein Murgang ist eine Form der schnellen Massenbewegung, bei der eine Kombination aus lockerem Boden, Gestein, organischem Material, Luft und Wasser als bergab fließender Schlamm mobilisiert wird (Abb. 3F). Schuttströme beinhalten <50% Feinstaub. Schuttströme werden häufig durch intensive Oberflächenwasserströmungen aufgrund von starken Niederschlägen oder schneller Schneeschmelze verursacht, die an steilen Hängen lockeren Boden oder Gestein erodieren und mobilisieren. Schuttströme werden auch häufig von anderen Arten von Erdrutschen mobilisiert, die an steilen Hängen auftreten, nahezu gesättigt sind und aus einem großen Anteil an schluff- und sandgroßem Material bestehen. Quellgebiete von Schuttströmungen sind oft mit steilen Rinnen verbunden, und Murgangablagerungen werden normalerweise durch das Vorhandensein von Schuttfächern an den Mündungen der Rinnen angezeigt. Brände, die Vegetationshänge entblößen, verstärken die Anfälligkeit von Hängen für Murgänge.
  2. Schuttlawine: Hierbei handelt es sich um eine Variante von sehr schnellen bis extrem schnellen Murgängen (Abb. 3G).
  3. Earthflow: Earthflows haben eine charakteristische „Sanduhr“-Form (Abb. 3H). Das Hangmaterial verflüssigt sich und läuft aus und bildet am Kopf eine Mulde oder Vertiefung. Die Strömung selbst ist langgestreckt und tritt meist in feinkörnigen Materialien oder tonhaltigen Gesteinen an moderaten Hängen und unter gesättigten Bedingungen auf. Es sind jedoch auch Trockenströme von körnigem Material möglich.
  4. Schlammstrom: Ein Schlammstrom ist ein Erdstrom, der aus einem Material besteht, das nass genug ist, um schnell zu fließen, und das mindestens 50 Prozent sand-, schluff- und tongroße Partikel enthält. In manchen Fällen, zum Beispiel in vielen Zeitungsberichten, werden Murgänge und Murgänge allgemein als „Schlammrutschen“ bezeichnet.
  5. Kriechen: Kriechen ist die unmerklich langsame, stetige Abwärtsbewegung von Hang bildendem Boden oder Gestein. Die Bewegung wird durch Scherspannung verursacht, die ausreicht, um eine dauerhafte Verformung zu erzeugen, aber zu klein, um ein Scherversagen zu erzeugen. Es gibt im Allgemeinen drei Arten von Kriechen: (1) saisonal, wobei die Bewegung innerhalb der Tiefe des Bodens stattfindet, beeinflusst durch jahreszeitliche Veränderungen der Bodenfeuchtigkeit und Bodentemperatur; (2) kontinuierlich, wobei die Scherspannung die Festigkeit des Materials kontinuierlich übersteigt; und (3) progressiv, wobei Steigungen wie andere Arten von Massenbewegungen den Punkt des Versagens erreichen. Kriechen wird durch gebogene Baumstämme, gebogene Zäune oder Stützmauern, geneigte Stangen oder Zäune und kleine Bodenwellen oder -grate angezeigt (Abb. 3I).

Laterale Spreizungen

Seitliche Ausbreitungen sind charakteristisch, weil sie normalerweise auf sehr sanften Hängen oder in flachem Gelände auftreten (Abb. 3J). Der vorherrschende Bewegungsmodus ist die seitliche Streckung, begleitet von Scher- oder Zugbrüchen. Das Versagen wird durch Verflüssigung verursacht, den Prozess, bei dem gesättigte, lockere, kohäsionslose Sedimente (meist Sande und Schluffe) von einem festen in einen verflüssigten Zustand überführt werden. Ein Ausfall wird normalerweise durch schnelle Bodenbewegungen, wie sie bei einem Erdbeben auftreten, ausgelöst, kann aber auch künstlich herbeigeführt werden. Wenn kohärentes Material, entweder Grundgestein oder Boden, auf Materialien ruht, die sich verflüssigen, können die oberen Einheiten brechen und sich ausdehnen und dann absinken, verschieben, rotieren, zerfallen oder verflüssigen und fließen. Die seitliche Streuung in feinkörnigen Materialien an flachen Hängen ist in der Regel progressiv. Der Fehler beginnt plötzlich in einem kleinen Bereich und breitet sich schnell aus. Oft ist das anfängliche Versagen ein Einbruch, aber bei einigen Materialien kommt es ohne ersichtlichen Grund zu Bewegungen. Die Kombination von zwei oder mehr der oben genannten Typen wird als komplexer Erdrutsch bezeichnet.

LANDSLIDE URSACHEN

  1. Geologische Ursachen
    1. Schwache oder empfindliche Materialien
    2. Verwitterte Materialien
    3. Gescherte, gefügte oder zerklüftete Materialien
    4. Nachteilig orientierte Diskontinuität (Bettung, Schieferung, Fehler, Diskrepanz, Kontakt usw.)
    5. Kontrast in der Durchlässigkeit und/oder Steifigkeit von Materialien
  2. Morphologische Ursachen
    1. Tektonische oder vulkanische Erhebung
    2. Gletschererholung
    3. Fluviale, wellenförmige oder glaziale Erosion von Hangzehen oder seitlichen Rändern
    4. Unterirdische Erosion (Lösung, Rohrleitungen)
    5. Ablagerungsladehang oder dessen Scheitel
    6. Vegetationsbeseitigung (durch Feuer, Dürre)
    7. Auftauen
    8. Frost-Tau-Bewitterung
    9. Schrumpf- und Quellverwitterung
  3. Menschliche Ursachen
    1. Aushub des Hanges oder seiner Zehe
    2. Belastung des Hanges oder seiner Kuppe
    3. Absenkung (von Stauseen)
    4. Abholzung
    5. Bewässerung
    6. Bergbau
    7. Künstliche Vibration
    8. Wasseraustritt von Versorgungsunternehmen

Obwohl es mehrere Arten von Ursachen für Erdrutsche gibt, sind die drei, die die meisten schädlichen Erdrutsche auf der ganzen Welt verursachen, diese:


Erdrutsche im Grundgestein

Steinschlag

Einzelne und kleine Felsstürze von Klippen bauen sich zu Schürzen aus Geröll oder Schutt auf, die sich manchmal über lange Zeiträume entwickeln. Einige Geröllhänge sind Relikte, wo die Geröllschürze die Felsen, die einst Steinschläge freigesetzt haben, die sie bildeten, fast begräbt.

Ein Merkmal aktiver Steinschlaggerölle ist die Sortierung von Gesteinsschutt, wobei die größten Steine ​​am Boden der Geröllhalde und die kleinsten oben liegen. Nachbearbeitung der Geröllhalden durch andere Verfahren – z.B. Schneelawinen, Murgänge und Rinnenerosion durch Wasser – stört diese Sortierung.

Ausfälle am Felshang

Diese Gruppe von Erdrutschen variiert stark in ihren Merkmalen. Viele Ausfälle von Felshängen in Schottland sind so groß (und umfassen ganze Berghänge), dass die meisten Menschen sie nicht einmal bemerken.

Zum Beispiel ist der Felssturz am Beinn Fhada in Kintail riesig – 3 km lang, von Meereshöhe bis 1.000 m, mit einer ausgefallenen Masse von vielleicht mehr als 100 Millionen Kubikmetern.

Rotationserdrutsche

Rotationserdrutsche treten dort auf, wo widerstandsfähigere Gesteine ​​über darunter liegende schwächere Gesteine ​​scheitern. Mehrere Ausfälle können zu einem spektakulären Einsturz eines ganzen Berghangs führen, wie bei Trotternish in Skye und bei Hallaig in Raasay. Bei Hallaig setzt sich der Erdrutschkomplex unter Wasser bis zum Meeresboden fort.


Was ist ein Erdrutsch und was verursacht ihn?

Ein Erdrutsch ist definiert als die Bewegung einer Masse von Gestein, Schutt oder Erde einen Hang hinunter. Erdrutsche sind eine Art "Massenverschwendung", die jede Abwärtsbewegung von Boden und Gestein unter dem direkten Einfluss der Schwerkraft bezeichnet. Der Begriff "Erdrutsch" umfasst fünf Arten der Hangbewegung: Stürze, Stürze, Rutschen, Ausbreitungen und Strömungen. Diese werden weiter nach der Art des geologischen Materials (Grundgestein, Schutt oder Erde) unterteilt. Schuttströme (allgemein als Murgänge oder Schlammlawinen bezeichnet) und Felsstürze sind Beispiele für gängige Arten von Erdrutschen.

Fast jeder Erdrutsch hat mehrere Ursachen. Hangbewegungen treten auf, wenn die Kräfte, die bergab (hauptsächlich aufgrund der Schwerkraft) wirken, die Festigkeit des Erdmaterials überschreiten, aus dem die Böschung besteht. Zu den Ursachen gehören Faktoren, die die Auswirkungen von Hangabwärtskräften verstärken, und Faktoren, die zu einer geringen oder verringerten Festigkeit beitragen. Erdrutsche können in Hängen, die bereits kurz vor der Bewegung stehen, durch Regen, Schneeschmelze, Wasserstandsänderungen, Bacherosion, Grundwasseränderungen, Erdbeben, vulkanische Aktivität, Störungen durch menschliche Aktivitäten oder eine Kombination dieser Faktoren ausgelöst werden. Erdbebenerschütterungen und andere Faktoren können auch Erdrutsche unter Wasser verursachen. Diese Erdrutsche werden als unterseeische Erdrutsche bezeichnet. Unterseeische Erdrutsche verursachen manchmal Tsunamis, die Küstengebiete beschädigen.


Erdrutsch

Ein Erdrutsch ist die Bewegung von Gestein, Erde oder Schutt in einem geneigten Abschnitt des Landes.

Geowissenschaften, Geologie, Geographie, Humangeographie, Physische Geographie

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Mars-Erdrutsch
Im Dezember 2008 gaben Wissenschaftler bekannt, Beweise für den größten Erdrutsch aller Zeiten gefunden zu haben. Durch einen riesigen Asteroideneinschlag vor Milliarden von Jahren ist die glatte Nordhalbkugel des Mars scharf vom unregelmäßigen südlichen Hochland getrennt. Arabia Terra, ein bisher ungeklärtes Plateau zwischen den beiden Regionen, soll unmittelbar nach dem Einschlag durch einen gewaltigen Erdrutsch gebildet worden sein. Die Landmasse, die nach Norden rutschte, um Arabia Terra zu bilden, hatte die Größe der gesamten Vereinigten Staaten!

die Kunst und Wissenschaft, Land für den Anbau von Feldfrüchten (Landwirtschaft) oder die Viehzucht (Ranching) zu kultivieren.

Kies, Sand und kleinere Materialien, die durch fließendes Wasser abgelagert werden.

tiefliegende Pflanze mit vielen Verzweigungen.

physisches, kulturelles oder psychologisches Merkmal eines Organismus, Ortes oder Objekts.

Anordnung verschiedener Teile.

teuer oder sehr wertvoll.

sich langsam und nahe am Boden zu bewegen.

Reste von etwas zerbrochenem oder zerstörtem Abfall oder Müll.

Zerstörung oder Abholzung von Wäldern und deren Unterholz.

Zeit mit stark reduzierten Niederschlägen.

die plötzliche Erschütterung der Erdkruste, die durch die Freisetzung von Energie entlang von Verwerfungslinien oder durch vulkanische Aktivität verursacht wird.

Handlung, bei der die Erde abgetragen wird, oft durch Wasser, Wind oder Eis.

Freisetzung von Material aus einer Öffnung in der Erdkruste.

auf der Grundlage der Kenntnis der Situation oder des Objekts zu raten.

einen gefährlichen Ort zu verlassen oder zu entfernen.

Bereich, der zu Studienzwecken ausgegraben oder freigelegt wurde.

Abwärtsbewegung von Gesteins- oder Bodenstücken bei einem Erdrutsch.

ein chemischer Prozess, der beim Verbrennen Wärme und Licht freisetzt.

schnelle Bewegung von Material in einem Erdrutsch, als ob es flüssig wäre.

Aggregatzustand ohne feste Form, der jeden Behälter gleichmäßig ausfüllt. Gasmoleküle befinden sich in ständiger, zufälliger Bewegung.

Person, die die physischen Formationen der Erde studiert.

Studium der physikalischen Geschichte der Erde, ihrer Zusammensetzung, ihrer Struktur und der Prozesse, die sie bilden und verändern.

Stadtgebiet, das von allen Bewohnern verlassen wurde.

Bewässerung von Land, in der Regel für die Landwirtschaft, mit künstlichen Mitteln.

Fluss von Schlamm und anderem nassem Material von einem Vulkan.

der Fall von Steinen, Erde und anderen Materialien von einem Berg, Hügel oder Hang.

Seitwärtsbewegung des Materials während eines Erdrutsches.

geschmolzenes Gestein oder Magma, das aus Vulkanen oder Rissen in der Erdoberfläche ausbricht.

Abwärtsbewegung von Gestein, Erde und anderem Material.

Studium der Form und Struktur von Organismen oder Materialien.

schnelles Abfließen von Boden und Wasser. Auch Schlammfluss genannt.

Organismus, der durch Photosynthese seine eigene Nahrung produziert und dessen Zellen Wände haben.

Straße mit Metallschienen, auf denen Züge fahren.

natürliche Substanz, die aus festen Mineralstoffen besteht.

plötzliches Herabfallen großer Felsen.

Struktur oder Diagramm der Art und Weise, wie Informationen untersucht, dokumentiert und verstanden werden.

schräg nach oben oder unten, von einem geraden oder flachen Weg.

Niederschlag aus Eiskristallen.

Abwärtsbewegung kleinerer Gesteins- oder Bodenstücke bei einem Erdrutsch.

Bewegung des gesamten Oberflächenmaterials (einschließlich Felsen, Boden und Vegetation) nach unten während eines Erdrutsches.

Art der großen Pflanze mit einem dicken Stamm und Ästen.

unsicher oder wahrscheinlich auseinander zu fallen.

die gesamte Pflanzenwelt eines bestimmten Ortes.

Lavafragmente mit einem Durchmesser von weniger als 2 Millimetern.

eine Öffnung in der Erdkruste, durch die Lava, Asche und Gase ausbrechen, sowie der durch Eruptionen gebildete Kegel.

Medien-Credits

Audio, Illustrationen, Fotos und Videos werden unterhalb des Medieninhalts aufgeführt, mit Ausnahme von Werbebildern, die in der Regel auf eine andere Seite verweisen, die den Mediennachweis enthält. Rechteinhaber für Medien ist die genannte Person oder Gruppe.

Schriftsteller

Kim Rutledge
Tara Ramroop
Diane Boudreau
Melissa McDaniel
Santani Teng
Erin Sprout
Hilary Costa
Hilary Hall
Jeff Hunt

Illustratoren

Mary Crooks, National Geographic Society
Tim Günther

Herausgeber

Jeannie Evers, Emdash Schnitt
Kara West

Gutachter für Ausbilder

Produzent

Caryl-Sue, National Geographic Society

Quellen

Dunn, Margery G. (Herausgeber). (1989, 1993). "Exploring Your World: The Adventure of Geography." Washington, D.C.: National Geographic Society.

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Arten von Erdrutschen

Erdrutsche werden im Allgemeinen nach der Art der Bewegung (Rutsche, Strömungen, Ausbreitungen, Stürze oder Stürze) und der Art des Materials (Gestein, Schutt oder Erde) klassifiziert. Manchmal treten innerhalb eines einzigen Erdrutsches mehr als eine Art von Bewegung auf, und da die zeitlichen und räumlichen Beziehungen dieser Bewegungen oft komplex sind, erfordert ihre Analyse häufig eine detaillierte Interpretation sowohl der Landschaftsformen als auch der geologischen Abschnitte oder Kerne.

Bei Felsrutschen und anderen Arten von Rutschungen wird Material entlang einer oder mehrerer diskreter Scherflächen verdrängt. Das Gleiten kann sich entlang einer weitgehend ebenen Fläche nach unten und außen erstrecken (ein Translationsgleiten) oder es kann sich entlang eines konkav-aufwärts gerichteten Satzes von Scherflächen drehen (ein Slump). Ein translatorisches Gleiten findet typischerweise entlang struktureller Merkmale statt, wie etwa einer Schichtungsebene oder der Grenzfläche zwischen widerstandsfähigem Grundgestein und schwächerem darüber liegendem Material. Bewegt sich das darüberliegende Material als einzelne, wenig verformte Masse, spricht man von einer Blockrutsche. Eine Translationsrutsche wird manchmal als Schlammrutsche bezeichnet, wenn sie entlang sanft geneigter, diskreter Scherebenen in feinkörnigen Gesteinen (wie z. B. zerklüfteten Tonen) auftritt und die verdrängte Masse durch eine Erhöhung des Porenwasserdrucks fluidisiert wird. Bei einem Rotationsschlitten verläuft die Rotationsachse etwa parallel zu den Konturen der Böschung. Die Bewegung in der Nähe des Rutschkopfes erfolgt weitgehend nach unten, wodurch eine steile Kopfschräge freigelegt wird, und die Bewegung innerhalb der verdrängten Masse findet entlang interner Rutschebenen statt, von denen jede dazu neigt, nach hinten zu kippen. Im Laufe der Zeit kann das Aufstauen von Wasser durch solche zurückgekippten Blöcke den Instabilitätsbereich vergrößern, so dass ein stabiler Zustand nur erreicht wird, wenn das Gefälle auf ein sehr geringes Gefälle reduziert wird.

Eine Art von Erdrutsch, bei dem die Verteilung der Partikelgeschwindigkeiten der einer viskosen Flüssigkeit ähnelt, wird als Strömung bezeichnet. Das wichtigste Fluidisierungsmittel ist Wasser, manchmal handelt es sich jedoch um eingeschlossene Luft. Der Kontakt zwischen der strömenden Masse und dem darunter liegenden Material kann unterschiedlich sein, oder der Kontakt kann ein diffuser Scherkontakt sein. Der Unterschied zwischen Rutschen und Flüssen ist graduell, mit Variationen im Flüssigkeitsgehalt, der Mobilität und der Art der Bewegung, und zusammengesetzte Rutschenbewegungen und Fließbewegungen sind üblich.

Eine Ausbreitung ist die komplexe seitliche Bewegung von relativ kohärenten Erdmaterialien, die auf einem schwächeren Substrat ruhen, das einer Verflüssigung oder einem plastischen Fluss unterliegt. Kohärente Materialblöcke sinken in das schwächere Substrat ab, und die langsame Hangabwärtsbewegung erstreckt sich aufgrund der retrogressiven Ausdehnung von der Ursprungszone, wie einem erodierenden Flussufer oder einer Küstenlinie, häufig über weite Strecken. Ausbreitungen entstehen durch Verflüssigung durch Wassersättigung oder Erdbebenschock in Substraten wie Löss, einem schwach zementierten windgebundenen Schluff.

Die Drehung einer Gesteins-, Schutt- oder Erdmasse von einer steilen Hangwand nach außen wird als Kippen bezeichnet. Diese Art der Bewegung kann später dazu führen, dass die Masse fällt oder rutscht.

Erdmaterialien können sich ohne nennenswerte Scherung von einem steilen Hang lösen, unter der Schwerkraft frei fallen und auf einer Oberfläche landen, von der sie abprallen und weiter fallen. Stürze mit großem Volumen können genügend Luft einschließen, um den sehr schnellen Fluss von Gestein oder Schutt zu erleichtern, wodurch Gesteinslawinen bzw. Schuttlawinen gebildet werden. Eingeschlossener Schnee und Eis können ebenfalls dazu beitragen, solche Ströme zu mobilisieren, aber der unqualifizierte Begriff Lawine wird im Allgemeinen verwendet, um sich nur auf eine Schneelawine zu beziehen. (Sehen Lawine.) Ausgelöst durch Erdbeben oder sintflutartige Regenfälle in Gebirgsreliefs mit steilen Gefällen kann eine riesige Menge an Lawinengestein oder Schutt (von bis zu Millionen Tonnen) eine Geschwindigkeit von mehr als 50 Metern (160 Fuß) pro Sekunde erreichen und eine lange Spur der Zerstörung hinterlassen.


Analyse der Auslaufprozesse des Erdrutsches im Dorf Xinlu mit der generalisierten Interpolationsmaterialpunktmethode

Die Vorhersage der kinetischen Eigenschaften von Erdrutschen ist von großer Bedeutung, um potenzielle gefährliche Auswirkungen zu minimieren und geeignete Stabilisierungstechniken anzuwenden. In der vorliegenden Studie wurde die Methode des Generalized Interpolation Material Point (GIMP) verwendet, um die Auslaufprozesse des Erdrutsches im Dorf Xinlu zu analysieren, der 2016 im Dorf Xinlu, Chongqing, China, stattgefunden hat. Die Entwicklungen der äquivalenten plastischen Dehnung, Verschiebung, Erdrutsch Geschwindigkeit und kinematische Energie wurden während der Erdrutschbewegung untersucht. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass das Anfangsstadium des Erdrutsches mit dem Rutschen des mittleren vorderen Bodenteils mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,02 m/s (bei t = 9s). Der hintere Rock ist bei . gescheitert t = 69 s, da sich der Zugriss von der Erdrutschoberfläche bis zur tiefen schwachen Zwischenschicht erstreckte. Danach beschleunigte das hintere Gestein weiter und schob den mittleren vorderen Gleitboden, der eine Gesamtbewegung bildete. Die kinetische Energie des untersuchten Hangrutsches konzentrierte sich auf die Beschleunigungsphasen der Boden- und Gebirgsmassen. Die vorhergesagte Erdrutschgeometrie und die Auslaufdistanz wiesen leichte Abweichungen von den tatsächlichen auf. Basierend auf der Hangrutschungsanalyse kann der untersuchte Hangrutsch als ein Hangrutsch klassifiziert werden, der gleichzeitig retrogressive und fortschreitende Merkmale umfasst. Unter bestimmten extremen Umständen kann es zu einem möglichen sekundären Versagen dieses Erdrutsches kommen.

Dies ist eine Vorschau von Abonnementinhalten, auf die Sie über Ihre Institution zugreifen können.


Was sind geologische Prozesse? (Mit Bildern)

Der Begriff „geologische Prozesse“ beschreibt die Naturkräfte, die die physikalische Beschaffenheit eines Planeten prägen. Plattentektonik, Erosion, chemische Verwitterung und Sedimentation sind Beispiele für Kräfte, die die Erdoberfläche erheblich beeinflussen und für ihre Hauptmerkmale verantwortlich sind. Diese Prozesse werden von Geologen und Geowissenschaftlern genau untersucht, um ihr Verständnis der Geschichte des Planeten zu verbessern, um nützliche Ressourcen wie Metallerze zu lokalisieren und die Vorhersage potenziell katastrophaler Ereignisse wie Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche zu unterstützen.

Plattentektonik

Wenn man die Erde aus dem Weltraum betrachtet, vermittelt sie den Eindruck totaler, unbeweglicher Gelassenheit. Die Geschichte des Planeten wird jedoch von der Aufspaltung und Verbindung von Landmassen zu neuen Kontinenten dominiert, die ihre Positionen ständig verändern. Diese geologischen Prozesse werden durch die Plattentektonik angetrieben und finden auf Zeitskalen statt, die für den Menschen zu lang sind, um sie direkt zu erfassen. Die Erdkruste besteht aus festen Gesteinsplatten, die auf dichterem, aber halbflüssigem Material darunter schwimmen. Konvektionsströme in diesem Material, dem sogenannten Mantel, bewirken, dass sich diese Platten, die die Kontinente bilden, im Laufe der Zeit bewegen.

Manchmal prallen Kontinentalplatten aufeinander und bilden Gebirgszüge wie den Himalaya. Platten können auch auseinanderbrechen, wie es heute im Rift Valley in Afrika der Fall ist. Wenn man den Planeten so sehen könnte, wie er vor etwa 250 Millionen Jahren war, würde er ganz anders aussehen als heute. Es wird vermutet, dass zu dieser Zeit alle Kontinente zu einem riesigen "Superkontinent" verbunden waren, den die Forscher Pangaea nennen. Vor etwa 200-225 Millionen Jahren begann diese Landmasse, angetrieben durch tektonische Prozesse, in kleinere Stücke zu zerfallen und bildete schließlich die modernen Kontinente.

Auch tektonische Prozesse können Kontinente zusammenbringen. Einige Geologen glauben, dass die Erde mehrere Zyklen durchlaufen hat, in denen sich riesige Landmassen zu kleineren Kontinenten aufgespalten haben, die später wieder miteinander verschmolzen sind. Möglicherweise gab es eine Reihe früherer Superkontinente.

The Earth’s crust consists of two layers: the continental crust and, below it, the oceanic crust, which is composed of denser rock. The oceanic crust is exposed under the oceans. Under the Atlantic Ocean, new material is coming up from the mantle to form a mid-oceanic ridge as America and Europe drift further apart. In other areas, including the west coast of South America, oceanic crust is sinking under the continental crust in what is called a subduction zone. The friction produced by this process has led to volcanism in this area, forming the Andes mountain range.

Plate tectonics explains why earthquakes and volcanic activity tend to occur around the edges of the continents. These are the areas of greatest geological activity, where subduction or the movement of continental plates against one another can result in violent events. Unfortunately, large numbers of people live in geologically active areas near plate boundaries, but humans are beginning to develop the means to predict disasters. By closely monitoring things like small movements of rock, fractures, and swelling of the ground, scientists can sometimes issue advance warnings of earthquakes and volcanic eruptions.

An understanding of the geological processes involved in plate tectonics can also help to locate valuable mineral resources. Material from the continental and oceanic crusts, and from the mantle, varies in its mineral composition. Geologists can plot plate boundaries and map the likely positions of different types of crust and mantle rock. Combining this with knowledge of the melting points of minerals and the sequences in which they crystallize, it may be possible, for example, to guess the likely location of a deposit of copper ore within a large blob of solidified magma.

Erosion

When rock is worn away by water, ice or even wind, this is known as erosion. It is one of the most important geological processes, and, over time, can transform landscapes. Particles of grit and sand carried by water or wind have an abrasive effect and can sculpt rock into new shapes on a large scale. Some of the most dramatic land features are produced by ice in the form of glaciers. Grit and rock fragments embedded in the ice scrape against rock, altering the landscape on a huge scale.

The uplift of land caused by a collision of two continental plates combines with the forces of erosion to form mountain ranges such as the Himalayas or the Alps. Water forms river valleys, helping shape the range, but when the land rises high enough for permanent snow, glaciers form. These slow-moving rivers of ice gouge out steep-sided, flat-bottomed valleys, narrow ridges and sharp, pyramidal peaks, producing the mountain ranges that most people know today. The Matterhorn in the Swiss-Italian Alps is a classic example of a pyramidal peak.

Running water also has a major impact on landscapes. It forms river valleys and gorges, depending on the nature of the terrain. One of the most spectacular examples of water erosion is the Grand Canyon, gorge more than a mile (about 6,000 feet or 1.83 km) deep that scars the landscape of Arizona. It was formed over a period of about 17 million years.

Wind erosion can also contribute to the shaping of landscapes, though usually on a smaller scale. Features caused by this form of erosion are usually found in very dry areas. Wind can remove loose material from the ground, forming depressions that may be quite large, such as the Qattara Depression in Egypt. Sand and grit blown by wind can produce smaller scale landscape features, such as yardangs — long, smooth ridges aligned to the usual direction of the wind.

Chemical weathering

Rock can react with substances present in water or in the air, producing chemical weathering. When rocks that form deep underground are exposed on the surface, they may slowly change color and crumble due to iron compounds reacting with oxygen in the air, for example. The resulting, weaker, material may begin to form soils or may be eroded away and deposited elsewhere.

Another commonly seen example is the dissolving of limestone by acidic water. Water can become acidified by organic compounds or by absorbing volcanic gases. Limestone consists largely of calcium carbonate, which reacts easily with acids. Caves and sinkholes are common results of the chemical weathering of limestone. Within caves, stalagmites and stalactites form over time through the dripping and evaporation of water containing dissolved rock material.

Sedimentation

Material suspended or dissolved in water forms rock by a process known as sedimentation or deposition. This can happen through the build up and compaction of small particles as they settle out of the water, or by evaporation causing dissolved chemicals to crystallize. Rocks formed this way are called sedimentary rocks. Examples include sandstone, which forms from sand grains limestone, which consists of the shells of small organisms and deposits of salt and gypsum, which form from the evaporation of water containing these minerals. Sometimes, sedimentary rocks can build up into layers several miles thick.

Sedimentary rocks may contain fossils, which are much more likely to be preserved in this type of rock than in those that have been subjected to high temperatures. Geologists and paleontologists have been able to piece together a history of life on the planet by analyzing sedimentary rocks and fossils. Fossilized marine organisms found on mountaintops far from the sea were an early indication that movement of rock, both horizontal and vertical, had taken place on a huge scale at some time in the past. It was the similarities in fossils of a certain age in different continents that led eventually to the theory of plate tectonics.

The hypothesis that a meteorite impact may have caused the extinction of the dinosaurs emerged from the discovery of a layer rich in the rare metal iridium in sediment dating from around the time of the extinction. This layer is found in widely separated parts of the world where rock of the right age is exposed, suggesting that it likely came from an external source that caused an event that had an extremely wide impact.


Inhalt

Various scientific disciplines have developed taxonomic classification systems to describe natural phenomena or individuals, like for example, plants or animals. These systems are based on specific characteristics like shape of organs or nature of reproduction. Differently, in landslide classification, there are great difficulties because phenomena are not perfectly repeatable usually being characterised by different causes, movements and morphology, and involving genetically different material. For this reason, landslide classifications are based on different discriminating factors, sometimes very subjective. In the following write-up, factors are discussed by dividing them into two groups: the first one is made up of the criteria utilised in the most widespread classification systems that can generally be easily determined. The second one is formed by those factors that have been utilised in some classifications and can be useful in descriptions.

A1) Type of movement Edit

This is the most important criterion, even if uncertainties and difficulties can arise in the identification of movements, being the mechanisms of some landslides often particularly complex. The main movements are falls, slides and flows, but usually topples, lateral spreading and complex movements are added to these.

A2) Involved material Edit

Rock, earth and debris are the terms generally used to distinguish the materials involved in the landslide process. For example, the distinction between earth and debris is usually made by comparing the percentage of coarse grain size fractions. If the weight of the particles with a diameter greater than 2 mm is less than 20%, the material will be defined as Erde in the opposite case, it is Trümmer.

A3) Activity Edit

The classification of a landslide based on its activity is particularly relevant in the evaluation of future events. The recommendations of the WP/WLI (1993) define the concept of activity with reference to the spatial and temporal conditions, defining the state,

the distribution and the style. The first term describes the information regarding the time in which the movement took place, permitting information to be available on future evolution, the second term describes, in a general way, where the landslide is moving and the third term indicates how it is moving.

A4) Movement velocity Edit

This factor has a great importance in the hazard evaluation. A velocity range is connected to the different type of landslides, on the basis of observation of case history or site observations.

B1) The age of the movement Edit

Landslide dating is an interesting topic in the evaluation of hazard. The knowledge of the Landslide frequency is a fundamental element for any kind of probabilistic evaluation. Furthermore, the evaluation of the age of the landslide permits to correlate the trigger to specific conditions, as earthquakes or periods of intense rains. It is possible that phenomena could be occurred in past geological times, under specific environmental conditions which no longer act as agents today. For example, in some Alpine areas, landslides of the Pleistocene age are connected with particular tectonic, geomorphological and climatic conditions.

B2) Geological conditions Edit

This represent a fundamental factor of the morphological evolution of a slope. Bedding attitude and the presence of discontinuities or faults control the slope morphogenesis.

B3) Morphological characteristics Edit

As the landslide is a geological volume with a hidden side, morphological characteristics are extremely important in the reconstruction of the technical model.

B4) Geographical location Edit

This criterion describes, in a general way, the location of landsides in the physiographic context of the area. Some authors have therefore identified landslides according to their geographical position so that it is possible to describe "alpine landslides", "landslides in plains", "hilly landslides" or "cliff landslides". As a consequence, specific morphological contexts are referred characterised by slope evolution processes.

B5) Topographical criteria Edit

With these criteria, landslides can be identified with a system similar to that of the denomination of formations. Consequently, it is possible to describe a landslide using the name of a site. In particular, the name will be that of the locality where the landslide happened with a specific characteristic type.

B6) Type of climate Edit

These criteria give particular importance to climate in the genesis of phenomena for which similar geological conditions can, in different climatic conditions, lead to totally different morphological evolution. As a consequence, in the description of a landslide, it can be interesting to understand in what type of climate the event occurred.

B7) Causes of the movements Edit

In the evaluation of landslide susceptibility, causes of the triggers is an important step. Terzaghi describes causes as "internal" and "external" referring to modifications in the conditions of the stability of the bodies. Whilst the internal causes induce modifications in the material itself which decrease its resistance to shear stress, the external causes generally induce an increase of shear stress, so that block or bodies are no longer stable. The triggering causes induce the movement of the mass. Predisposition to movement due to control factors is determining in landslide evolution. Structural and geological factors, as already described, can determine the development of the movement, inducing the presence of mass in kinematic freedom.

In traditional usage, the term landslide has at one time or another been used to cover almost all forms of mass movement of rocks and regolith at the Earth's surface. In 1978, in a very highly cited publication, David Varnes noted this imprecise usage and proposed a new, much tighter scheme for the classification of mass movements and subsidence processes. [1] This scheme was later modified by Cruden and Varnes in 1996, [3] and influentially refined by Hutchinson (1988) [4] and Hungr et al. (2001). [2] This full scheme results in the following classification for mass movements in general, where bold font indicates the landslide categories:

Type of movement Type of material
Grundgestein Engineering soils
Predominantly fine Predominantly coarse
Stürze Steinschlag Earth fall Debris fall
Topples Rock topple Earth topple Debris topple
Folien Rotations Rock slump Earth slump Debris slump
Translational Few units Rock block slide Earth block slide Debris block slide
Many units Rock slide Earth slide Debris slide
Lateral spreads Rock spread Earth spread Debris spread
Flows Rock flow Earth flow Debris flow
Rock avalanche Debris avalanche
(Deep creep) (Soil creep)
Complex and compound Combination in time and/or space of two or more principal types of movement

Under this definition, landslides are restricted to "the movement. of shear strain and displacement along one or several surfaces that are visible or may reasonably be inferred, or within a relatively narrow zone", [1] i.e., the movement is localised to a single failure plane within the subsurface. He noted landslides can occur catastrophically, or that movement on the surface can be gradual and progressive. Falls (isolated blocks in free-fall), topples (material coming away by rotation from a vertical face), spreads (a form of subsidence), flows (fluidised material in motion), and creep (slow, distributed movement in the subsurface) are all explicitly excluded from the term landslide.

Under the scheme, landslides are sub-classified by the material that moves, and by the form of the plane or planes on which movement happens. The planes may be broadly parallel to the surface ("translational slides") or spoon-shaped ("rotational slides"). Material may be rock or regolith (loose material at the surface), with regolith subdivided into debris (coarse grains) and earth (fine grains).

Nevertheless, in broader usage, many of the categories that Varnes excluded are recognised as landslide types, as seen below. This leads to ambiguity in usage of the term.

The following clarifies the usages of the various terms in the table. Varnes and those who later modified his scheme only regard the slides category as forms of landslide.

Falls Edit

Beschreibung: " the detachment of soil or rock from a steep slope along a surface on which little or no shear displacement takes place. The material then descends mainly through the air by falling, bouncing, or rolling" (Varnes, 1996).

Secondary falls: "Secondary falls involves rock bodies already physically detached from cliff and merely lodged upon it" (Hutchinson, 1988)

Geschwindigkeit: from very to extremely rapid

Type of slope: slope angle 45–90 degrees

Control factor: Discontinuities

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation, or stream erosion

Topples Edit

Beschreibung: "Toppling is the forward rotation out of the slope of a mass of soil or rock about a point or axis below the centre of gravity of the displaced mass. Toppling is sometimes driven by gravity exerted by material upslope of the displaced mass and sometimes by water or ice in cracks in the mass" (Varnes, 1996)

Geschwindigkeit: extremely slow to extremely rapid

Type of slope: slope angle 45–90 degrees

Control factor: Discontinuities, lithostratigraphy

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation, or stream erosion

Slides Edit

"A slide is a downslope movement of soil or rock mass occurring dominantly on the surface of rupture or on relatively thin zones of intense shear strain." (Varnes, 1996)

Translational slide Edit

Beschreibung: "In translational slides the mass displaces along a planar or undulating surface of rupture, sliding out over the original ground surface." (Varnes, 1996)

Geschwindigkeit: extremely slow to extremely rapid (>5 m/s)

Type of slope: slope angle 20-45 degrees

Control factor: Discontinuities, geological setting

Rotational slides Edit

Beschreibung: "Rotational slides move along a surface of rupture that is curved and concave" (Varnes, 1996)

Geschwindigkeit: extremely slow to extremely rapid

Type of slope: slope angle 20–40 degrees [5]

Control factor: morphology and lithology

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation, or stream erosion

Spreads Edit

"Spread is defined as an extension of a cohesive soil or rock mass combined with a general subsidence of the fractured mass of cohesive material into softer underlying material." (Varnes, 1996). "In spread, the dominant mode of movement is lateral extension accommodated by shear or tensile fractures" (Varnes, 1978)

Geschwindigkeit: extremely slow to extremely rapid (>5 m/s)

Type of slope: angle 45–90 degrees

Control factor: Discontinuities, lithostratigraphy

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation, or stream erosion

Flows Edit

EIN fließen is a spatially continuous movement in which surfaces of shear are short-lived, closely spaced, and usually not preserved. The distribution of velocities in the displacing mass resembles that in a viscous liquid. The lower boundary of displaced mass may be a surface along which appreciable differential movement has taken place or a thick zone of distributed shear (Cruden & Varnes, 1996)

Flows in rock Edit

Rock Flow Edit

Beschreibung: "Flow movements in bedrock include deformations that are distributed among many large or small fractures, or even microfracture, without concentration of displacement along a through-going fracture" (Varnes, 1978)

Geschwindigkeit: extremely slow

Type of slope: angle 45–90 degrees

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation, or stream erosion

Rock avalanche (Sturzstrom) Edit

Beschreibung: "Extremely rapid, massive, flow-like motion of fragmented rock from a large rock slide or rock fall" (Hungr, 2001)

Geschwindigkeit: extremely rapid

Type of slope: angle 45–90 degrees

Control factor: Discontinuities, lithostratigraphy

Ursachen: Vibration, undercutting, differential weathering, excavation or stream erosion

Flows in soil Edit

Debris flow Edit

Beschreibung: "Debris flow is a very rapid to extremely rapid flow of saturated non-plastic debris in a steep channel" (Hungr et al.,2001)

Geschwindigkeit: very rapid to extremely rapid (>5 m/s)

Type of slope: angle 20–45 degrees

Control factor: torrent sediments, water flows

Ursachen: High intensity rainfall

Debris avalanche Edit

Beschreibung: "Debris avalanche is a very rapid to extremely rapid shallow flow of partially or fully saturated debris on a steep slope, without confinement in an established channel." (Hungr et al., 2001)

Geschwindigkeit: very rapid to extremely rapid (>5 m/s)

Type of slope: angle 20–45 degrees

Control factor: morphology, regolith

Ursachen: High intensity rainfalls

Earth flow Edit

Beschreibung: "Earth flow is a rapid or slower, intermittent flow-like movement of plastic, clayey earth." (Hungr et al.,2001)

Geschwindigkeit: slow to rapid (>1.8 m/h)

Type of slope: slope angle 5–25 degrees

Mudflow Edit

Beschreibung: "Mudflow is a very rapid to extremely rapid flow of saturated plastic debris in a channel, involving significantly greater water content relative to the source material (Plasticity index> 5%)." (Hungr et al.,2001)

Geschwindigkeit: very rapid to extremely rapid (>5 m/s)

Type of slope: angle 20–45 degrees

Control factor: torrent sediments, water flows

Ursachen: High intensity rainfall

Complex movement Edit

Beschreibung: Complex movement is a combination of falls, topples, slides, spreads and flows

Das causes of landslides are usually related to instabilities in slopes. It is usually possible to identify one or more landslide causes and one landslide trigger. The difference between these two concepts is subtle but important. The landslide causes are the reasons that a landslide occurred in that location and at that time. Landslide causes are listed in the following table, and include geological factors, morphological factors, physical factors and factors associated with human activity.

Causes may be considered to be factors that made the slope vulnerable to failure, that predispose the slope to becoming unstable. The trigger is the single event that finally initiated the landslide. Thus, causes combine to make a slope vulnerable to failure, and the trigger finally initiates the movement. Landslides can have many causes but can only have one trigger as shown in the next figure. Usually, it is relatively easy to determine the trigger after the landslide has occurred (although it is generally very difficult to determine the exact nature of landslide triggers ahead of a movement event).

Occasionally, even after detailed investigations, no trigger can be determined - this was the case in the large Mount Cook landslide in New Zealand 1991. It is unclear as to whether the lack of a trigger in such cases is the result of some unknown process acting within the landslide, or whether there was in fact a trigger, but it cannot be determined. Perhaps this is because the trigger was in fact a slow but steady decrease in material strength associated with the weathering of the rock - at some point the material becomes so weak that failure must occur. Hence the trigger is the weathering process, but this is not detectable externally. In most cases we think of a trigger as an external stimulus that induces an immediate or near-immediate response in the slope, in this case in the form of the movement of the landslide. Generally this movement is induced either because the stresses in the slope are altered, perhaps by increasing shear stress or decreasing the effective normal stress, or by reducing the resistance to the movement perhaps by decreasing the shear strength of the materials within the landslide.

  • Weathered materials
  • Sheared materials
  • Jointed or fissured materials
  • Adversely orientated discontinuities
  • Permeability contrasts
  • Material contrasts
  • Rainfall and snow fall
  • Erdbeben
  • Slope angle
  • Uplift
  • Rebound
  • Fluvial erosion
  • Wave erosion
  • Glacial erosion
  • Erosion of lateral margins
  • Subterranean erosion
  • Slope loading
  • Vegetation change
  • Erosion
  • Discontinuity Factors (Dip Spacing, Asparity, Dip and length)
  • Physical Characteristics of the Rock (Rock Strength etc.)
  • Intense rainfall
  • Rapid snow melt
  • Prolonged precipitation
  • Ground water changes (Rapid drawdown)
  • Soil pore water pressure
  • Oberflächenabfluss
  • Abholzung
  • Excavation
  • Wird geladen
  • Water management (Groundwater Draw-down and Water leakage)
  • Land use (e.g. construction of roads, houses etc.)
  • Mining and Quarrying
  • Vibration

In the majority of cases the main trigger of landslides is heavy or prolonged rainfall. Generally this takes the form of either an exceptional short lived event, such as the passage of a tropical cyclone or even the rainfall associated with a particularly intense thunderstorm or of a long duration rainfall event with lower intensity, such as the cumulative effect of monsoon rainfall in South Asia. In the former case it is usually necessary to have very high rainfall intensities, whereas in the latter the intensity of rainfall may be only moderate - it is the duration and existing pore water pressure conditions that are important. The importance of rainfall as a trigger for landslides cannot be underestimated. A global survey of landslide occurrence in the 12 months to the end of September 2003 revealed that there were 210 damaging landslide events worldwide. Of these, over 90% were triggered by heavy rainfall. One rainfall event for example in Sri Lanka in May 2003 triggered hundreds of landslides, killing 266 people and rendering over 300,000 people temporarily homeless. In July 2003 an intense rain band associated with the annual Asian monsoon tracked across central Nepal, triggering 14 fatal landslides that killed 85 people. The reinsurance company Swiss Re estimated that rainfall induced landslides associated with the 1997-1998 El Nino event triggered landslides along the west coast of North, Central and South America that resulted in over $5 billion in losses. Finally, landslides triggered by Hurricane Mitch in 1998 killed an estimated 18,000 people in Honduras, Nicaragua, Guatemala and El Salvador. So why does rainfall trigger so many landslides? Principally this is because the rainfall drives an increase in pore water pressures within the soil. The Figure A illustrates the forces acting on an unstable block on a slope. Movement is driven by shear stress, which is generated by the mass of the block acting under gravity down the slope. Resistance to movement is the result of the normal load. When the slope fills with water, the fluid pressure provides the block with buoyancy, reducing the resistance to movement. In addition, in some cases fluid pressures can act down the slope as a result of groundwater flow to provide a hydraulic push to the landslide that further decreases the stability. Whilst the example given in Figures A and B is clearly an artificial situation, the mechanics are essentially as per a real landslide.

In some situations, the presence of high levels of fluid may destabilise the slope through other mechanisms, such as:

• Fluidization of debris from earlier events to form debris flows

• Loss of suction forces in silty materials, leading to generally shallow failures (this may be an important mechanism in residual soils in tropical areas following deforestation)

• Undercutting of the toe of the slope through river erosion.

Considerable efforts have been made to understand the triggers for landsliding in natural systems, with quite variable results. For example, working in Puerto Rico, Larsen and Simon found that storms with a total precipitation of 100–200 mm, about 14 mm of rain per hour for several hours, or 2–3 mm of rain per hour for about 100 hours can trigger landslides in that environment. Rafi Ahmad, working in Jamaica, found that for rainfall of short duration (about 1 hour) intensities of greater than 36 mm/h were required to trigger landslides. On the other hand, for long rainfall durations, low average intensities of about 3 mm/h appeared to be sufficient to cause landsliding as the storm duration approached approximately 100 hours. Corominas and Moya (1999) found that the following thresholds exist for the upper basin of the Llobregat River, Eastern Pyrenees area. Without antecedent rainfall, high intensity and short duration rains triggered debris flows and shallow slides developed in colluvium and weathered rocks. A rainfall threshold of around 190 mm in 24 h initiated failures whereas more than 300 mm in 24-48 h were needed to cause widespread shallow landsliding. With antecedent rain, moderate intensity precipitation of at least 40 mm in 24 h reactivated mudslides and both rotational and translational slides affecting clayey and silty-clayey formations. In this case, several weeks and 200 mm of precipitation were needed to cause landslide reactivation. A similar approach is reported by Brand et al. (1988) for Hong Kong, who found that if the 24-hour antecedent rainfall exceeded 200 mm then the rainfall threshold for a large landslide event was 70 mm·h −1 . Finally, Caine (1980) established a worldwide threshold:

I = 14.82 D - 0.39 where: I is the rainfall intensity (mm·h −1 ), D is duration of rainfall (h)

This threshold applies over time periods of 10 minutes to 10 days. It is possible to modify the formula to take into consideration areas with high mean annual precipitations by considering the proportion of mean annual precipitation represented by any individual event. Other techniques can be used to try to understand rainfall triggers, including:

• Actual rainfall techniques, in which measurements of rainfall are adjusted for potential evapotranspiration and then correlated with landslide movement events

• Hydrogeological balance approaches, in which pore water pressure response to rainfall is used to understand the conditions under which failures are initiated

• Coupled rainfall - stability analysis methods, in which pore water pressure response models are coupled to slope stability models to try to understand the complexity of the system

• Numerical slope modelling, in which finite element (or similar) models are used to try to understand the interactions of all relevant processes

Snowmelt Edit

In many cold mountain areas, snowmelt can be a key mechanism by which landslide initiation can occur. This can be especially significant when sudden increases in temperature lead to rapid melting of the snow pack. This water can then infiltrate into the ground, which may have impermeable layers below the surface due to still-frozen soil or rock, leading to rapid increases in pore water pressure, and resultant landslide activity. This effect can be especially serious when the warmer weather is accompanied by precipitation, which both adds to the groundwater and accelerates the rate of thawing.

Water-level change Edit

Rapid changes in the groundwater level along a slope can also trigger landslides. This is often the case where a slope is adjacent to a water body or a river. When the water level adjacent to the slope falls rapidly the groundwater level frequently cannot dissipate quickly enough, leaving an artificially high water table. This subjects the slope to higher than normal shear stresses, leading to potential instability. This is probably the most important mechanism by which river bank materials fail, being significant after a flood as the river level is declining (i.e. on the falling limb of the hydrograph) as shown in the following figures.

It can also be significant in coastal areas when sea level falls after a storm tide, or when the water level of a reservoir or even a natural lake rapidly falls. The most famous example of this is the Vajont failure, when a rapid decline in lake level contributed to the occurrence of a landslide that killed over 2000 people. Numerous huge landslides also occurred in the Three Gorges (TG) after the construction of the TG dam. [6] [7]

Rivers Edit

In some cases, failures are triggered as a result of undercutting of the slope by a river, especially during a flood. This undercutting serves both to increase the gradient of the slope, reducing stability, and to remove toe weighting, which also decreases stability. For example, in Nepal this process is often seen after a glacial lake outburst flood, when toe erosion occurs along the channel. Immediately after the passage of flood waves extensive landsliding often occurs. This instability can continue to occur for a long time afterwards, especially during subsequent periods of heavy rain and flood events.

Seismicity Edit

The second major factor in the triggering of landslides is seismicity. Landslides occur during earthquakes as a result of two separate but interconnected processes: seismic shaking and pore water pressure generation.

Seismic shaking Edit

The passage of the earthquake waves through the rock and soil produces a complex set of accelerations that effectively act to change the gravitational load on the slope. So, for example, vertical accelerations successively increase and decrease the normal load acting on the slope. Similarly, horizontal accelerations induce a shearing force due to the inertia of the landslide mass during the accelerations. These processes are complex, but can be sufficient to induce failure of the slope. These processes can be much more serious in mountainous areas in which the seismic waves interact with the terrain to produce increases in the magnitude of the ground accelerations. This process is termed 'topographic amplification'. The maximum acceleration is usually seen at the crest of the slope or along the ridge line, meaning that it is a characteristic of seismically triggered landslides that they extend to the top of the slope.

Liquefaction Edit

The passage of the earthquake waves through a granular material such as a soil can induce a process termed liquefaction, in which the shaking causes a reduction in the pore space of the material. This densification drives up the pore pressure in the material. In some cases this can change a granular material into what is effectively a liquid, generating 'flow slides' that can be rapid and thus very damaging. Alternatively, the increase in pore pressure can reduce the normal stress in the slope, allowing the activation of translational and rotational failures.

The nature of seismically-triggered landslides Edit

For the main part seismically generated landslides usually do not differ in their morphology and internal processes from those generated under non-seismic conditions. However, they tend to be more widespread and sudden. The most abundant types of earthquake-induced landslides are rock falls and slides of rock fragments that form on steep slopes. However, almost every other type of landslide is possible, including highly disaggregated and fast-moving falls more coherent and slower-moving slumps, block slides, and earth slides and lateral spreads and flows that involve partly to completely liquefied material (Keefer, 1999). Rock falls, disrupted rock slides, and disrupted slides of earth and debris are the most abundant types of earthquake-induced landslides, whereas earth flows, debris flows, and avalanches of rock, earth, or debris typically transport material the farthest. There is one type of landslide that is essential uniquely limited to earthquakes - liquefaction failure, which can cause fissuring or subsidence of the ground. Liquefaction involves the temporary loss of strength of sands and silts which behave as viscous fluids rather than as soils. This can have devastating effects during large earthquakes.

Volcanic activity Edit

Some of the largest and most destructive landslides known have been associated with volcanoes. These can occur either in association with the eruption of the volcano itself, or as a result of mobilisation of the very weak deposits that are formed as a consequence of volcanic activity. Essentially, there are two main types of volcanic landslide: lahars and debris avalanches, the largest of which are sometimes termed flank collapses. An example of a lahar was seen at Mount St Helens during its catastrophic eruption on May 18, 1980. Failures on volcanic flanks themselves are also common. For example, a part of the side of Casita Volcano in Nicaragua collapsed on October 30, 1998, during the heavy precipitation associated with the passage of Hurricane Mitch. Debris from the initial small failure eroded older deposits from the volcano and incorporated additional water and wet sediment from along its path, increasing in volume about ninefold. The lahar killed more than 2,000 people as it swept over the towns of El Porvenir and Rolando Rodriguez at the base of the mountain. Debris avalanches commonly occur at the same time as an eruption, but occasionally they may be triggered by other factors such as a seismic shock or heavy rainfall. They are particularly common on strato volcanoes, which can be massively destructive due to their large size. The most famous debris avalanche occurred at Mount St Helens during the massive eruption in 1980. On May 18, 1980, at 8:32 a.m. local time, a magnitude 5.1 earthquake shook Mount St. Helens. The bulge and surrounding area slid away in a gigantic rockslide and debris avalanche, releasing pressure, and triggering a major pumice and ash eruption of the volcano. The debris avalanche had a volume of about 1 km 3 (0.24 cu mi), traveled at 50 to 80 m/s (110 to 180 mph), and covered an area of 62 km 2 (24 sq mi), killing 57 people.

Colluvium-filled bedrock hollows are the cause of many shallow earth landslides in steep mountainous terrain. They can form as a U or a V shaped trough as local bedrock variations reveal areas in the bedrock which are more prone to weathering than other locations on the slope. As the weathered bedrock turns to soil, there is a greater elevation difference between the soil level and the hard bedrock. With the introduction of water and the thick soil, there is less cohesion and the soil flows out in a landslide. With every landslide more bedrock is scoured out and the hollow becomes deeper. After time, colluvium fills the hollow, and the sequence starts again.


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