Die Gegend um das Mecklenburg-Vorpommersche Städtchen Demmin besteht, regional typisch, hauptsächlich aus Gegend: Riesige LPG-Agrarwüsten wellen sich bis zum Horizont, dazwischen ein paar Bauminseln, manchmal ein Mischwald und Ortschaften, die Sanzkow, Wolkwitz oder Drönnewitz heißen. Viel außergewöhnliche Action erwartet den Besucher hier normalerweise nicht.

Anfang dieser Woche sieht das anders aus. Ein paar Kilometer hinter Drönnewitz, mitten im Nirgendwo, haben sich junge Leute in Outdoor-Kleidung auf einer kleinen Waldlichtung um einen 40 Meter hohen, vergilbten Baukran versammelt, an dessen Haken eine Personengondel baumelt. Gebaut wird hier aber nichts. Ab und an hievt der Kran die Gondel mit einem bärtigen Mann und zwei junge Frauen mit Helmen auf dem Kopf in die Baumwipfel, in bis zu 20 Metern Höhe.

„Drei! Zwei! Eins! ruft eine Frau von oben und schubst einen Feldstein aus der Gondel. Der schlägt unten mit einem ordentlichen Rumms auf. Dann zittert der weiche Waldboden beim Aufschlag ein bisschen nach, Erde spritzt zur Seite. Bei kleineren Steinen, wie man sie in Berlin aktuell aus der Rigaer Straße kennt, ist nur ein trockenes Plopp zu hören.

Die Wissenschaftler platzierten auf oder im Boden etwa drei Dutzend Geophone und Seismometer

Ist die Gondel leer, fährt der Korb nach unten, lädt neue steinerne Munition nach, die anschließend wieder aus 10, 15 oder 20 Metern Höhe auf den Waldboden abgeworfen wird. Verletzt wird niemand. Die Flugrichtung der Steine ist ausschließlich vertikal, sie landen alle in einem Karree zwischen dicken Erlen, das mit Flatterband abgesperrt ist.

Eine Kunstaktion? Eine Performance? Nein, es ist reine Wissenschaft. Ein Forscherteam vom Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) hatte sich zu Wochenbeginn in die norddeutsche Einöde fern großer Straßen und Ansiedlungen zurückgezogen, um seismische Versuche zu machen. Anders als in Stadtnähe störten dort weder vorbeirumpelnde Lastkraftwagen noch vorbeitrappelnde Fußgänger die hochempfindlichen Sensoren der Forscher.

Rund um die Aufschlagstelle waren auf oder im Boden etwa drei Dutzend Geophone und Seismometer platziert. Sie konnten ungestört die Schwingungen aufnehmen, die die fliegenden Steine bei der harten Landung im Boden auslösten. Eine Hochgeschwindigkeitskamera filmte in Superzeitlupe mit tausend Bildern pro Sekunde Flug und Aufschlag der Steine.

Das alpine Land ist geplagt von Lawinen, Steinschlag und Muren

Auf seinem Laptop-Bildschirm zeigt der Potsdamer Geomorphologe Michael Dietze die Ergebnisse in Echtzeit. In einem Koordinatensystem zeugen Kurven mit kleinen Zacken von Aufschlägen kleiner Steine. Die großen, bis zu 120 Kilogramm schweren Brocken, denen die Forscher übrigens Namen wie „Alex“ oder „Grace“ gaben, produzierten bei ihrer Landung große Zacken. Das hatte der Laie allerdings bereits aufgrund seines Erfahrungswissens geahnt, ganz ohne Messgeräte.

Die Geowissenschaftler würden aber den Aufwand nicht treiben, wenn alles so einfach erklärbar wäre. Sie wollen exakt dokumentieren, welche Kräfte bei diesen Vorgängen im Spiel sind. Es handelt sich um Grundlagenforschung, die die Geowissenschaftler des GFZ unter anderem zusammen mit Geophysikern der Universität Leipzig betreiben.

Mit Axel Volkwein von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in der Schweiz ist bei dem Versuch aber auch jemand von der Partie, der ein Auge auf die praktische Anwendbarkeit hat. Das alpine Land ist geplagt von Lawinen, Steinschlag und Muren und deshalb an allem interessiert, was zur Aufklärung der geologischen Mechanismen führt, die diese Ereignisse auslösen.

Sie arbeiten unter anderem an der Konstruktion von Steinschlagschutzdämmen

Dafür gibt es zwar im Computer modellierte Algorithmen, „aber wir müssen die Parameter für diese Programme liefern,“ sagt Volkwein. „Was wir hier in Demmin machen, dient als Referenz für die Modellierung. Wenn wir im Computer virtuell einen Stein fallen lassen, sollte der Algorithmus dieselben Werte ergeben, die wir hier im Versuch am realen Stein gemessen haben.“

Dazu wurden sogar in die Versuchssteine Beschleunigungssensoren eingelassen, die genau registrieren, wie schnell und wie stark der Brocken vom Boden abgebremst wird. In diesem Fall ist es leicht nachgiebiger Waldboden, in anderen Gegenden steiniger Gebirgsboden. „Letztlich ergibt das eine Art Steinschlagkatalog, aus dem sich das Computerprogramm bei der Modellierung bedienen kann“, erklärt Volkwein.

Sein Institut arbeitet unter anderem an der Konstruktion von Steinschlagschutzdämmen, die in der Schweiz und anderen bergigen Ländern wie Österreich oder Frankreich verbreitet sind und Schäden durch Gerölllawinen möglichst verhindern sollen. Volkwein und die anderen Wissenschaftler hoffen, dass ihnen Versuche wie im Demminer Forst Referenzdaten liefern, „damit wir in einer steinschlaggefährdeten Region sagen können, wie lange der Damm hält und ab wann er im schlimmsten Fall mit hoher Wahrscheinlichkeit von einem Stein durchschlagen werden wird.“

Dass solche Messungen heute möglich sind, hat unter anderem mit der Miniaturisierung der Sensoren zu tun

Auch Anne Schöpa vom Potsdamer Geoforschungszentrum hofft auf neue Erkenntnisse. Sie betreut ein Steinschlagobservatorium in den Alpen, und zwar im Reintal, das von der Zugspitze abgeht. An der dortigen rund 1 000 Meter hohen Kalksteinwand kommt es oft zu Steinschlägen.

Was macht sie mit den in Demmin gewonnenen Daten? Anne Schöpa: „Wir nutzen sie als Vergleich mit den Daten, die wir im Gelände in der natürlichen Umgebung gewinnen – wo wir eben oft nicht wissen, wann ein Stein fiel und wie groß er war. Im günstigen Fall dienen uns dann die Demminer Daten als Referenz.“

Dass solche Messungen heute möglich sind, hat unter anderem mit der Miniaturisierung der Sensoren zu tun. Und auch damit, dass in der Geomorphologie, der Lehre von den Landoberflächen und den darauf stattfindenden Prozessen, sukzessive seismische Methoden Einzug halten.

Wer hochkomplexe Vorgänge wie Steinschläge analysieren will, muss auch wissen, wie sich ein einzelner Stein verhält

In einem alten Schweizer Steinbruch gibt es einen ähnlichen Versuchsaufbau mit Kran, von dem aus zu Testzwecken Geröll aus 30 oder 50 Metern Höhe auf aufgespannte Schutznetze aus Stahl fällt. Diese sollen Straßen und Siedlungen vor Steinschlag bewahren. Für den Belastungstest werden genormte Versuchssteine verwendet. In Demmin dagegen wurden natürliche Steine benutzt, die je nach Form und Gewicht ein unterschiedliches Fallverhalten an den Tag legen.

„Bei unserem Versuch geht es zunächst um die ganz simplen Skalierungsfaktoren: Wie stark ist das seismische Signal in Abhängigkeit von der Fallhöhe und der Masse der Steine? Und wie sind die gemessenen Frequenzgehalte in Abhängigkeit von der Masse des Steins?“, erläutert Michael Dietze.

Soll heißen: Wer hochkomplexe Vorgänge wie Steinschläge analysieren will, bei der tonnenweise Steine und Geröll interagieren, der muss auch wissen, wie sich ein einzelner Stein verhält. Letztlich geht es aber nicht nur um möglichst realitätsgetreue Algorithmen, sondern auch um die Entwicklung einer noch recht neuen Methode, der sogenannten Umweltseismik. Bei dieser werden Netzwerke von Seismometern in der Landschaft genutzt, um flächenhaft die Dynamik der Erdoberfläche zu messen. Ereignisse wie Steinschläge, Murgänge, Kliffrutschungen, der Steintransport in Flüssen und sogar Regentropfeneinschläge können so erfasst, lokalisiert und analysiert werden.

Drei! Zwei! Eins! Don’t move!

„Mit einem solchen Netzwerk kann im Prinzip die gesamte Aktivität der Landschaft beobachtet werden“, sagt Dietze, der ziemlich begeistert ist angesichts des Potentials dieser Methode, sich aber am Rande des Demminer Versuchsfeldes heftiges emotionales Gestikulieren oder gar Fußbewegungen verkneift. Einerseits, weil das ein sensibler Seismometer in der Nähe aufzeichnen würde. Andererseits, weil die Kollegin in den Baumwipfeln gerade einen neuen Countdown beginnt: Drei! Zwei! Eins! Don’t move!

Dann donnert der 120 Kilo schwere Stein „Alex“ auf den Demminer Waldboden.