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Naturgefahren FragensammlungPrüfung 27.Geomorphologie1. Was ist ein Permafrostboden und in welchen Höhenlagen kann in den Alpen mit Permafrostboden gerechnet werden?Permafrost = Lithosphärenmaterial welches bei einer Dauer von mindestens 1 Jahr eine Temperatur von unter 0°C aufweist. (Also ein Boden...

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Naturgefahren Fragensammlung Prüfung 27.05.2020

Geomorphologie

1. Was ist ein Permafrostboden und in welchen Höhenlagen kann in den Alpen mit Permafrostboden gerechnet werden? Permafrost= Lithosphärenmaterial welches bei einer Dauer von mindestens 1 Jahr eine Temperatur von unter 0°C aufweist. (Also ein Boden welcher in der Regel gefroren ist.) • •

Polarer Permafrost bis 1500m mächtig Alpiner Permafrost bis mehrere 100m mächtig

Man unterscheidet dabei den • sporadischen Permafrost: o Tritt nur unter besonderen klimatischen Verhältnissen auf (entsteht durch kleinräumiges Klima nur stellenweise, Strahlungsarmen Lagen) • diskontinuierlicher Permafrost: o mehr als 50% der Fläche sind Permafrost, von Permafrost freien Flecken unterbrochen • kontinuierlicher Permafrost: o Permafrost freier Boden tritt nur selten an stellen mit besonderen mikroklimatischen Bedingungen auf (großflächig dauerhafter Permafrost der nur stellenweise durch nicht gefrorene Stellen unterbrochen ist) Permafrost in den Alpen: • • •

Sporadische Permafrost bis unterhalb 1000 müA vorkommen bei speziellen kleinklimatischen Verhältnissen. (Jahresmitteltemperatur mehrere Grade über 0°C) Untergrenze bei diskontinuierlichem Permafrost: 2300 müA und Jahresmitteltemp. von 0.5°C Untergrenze bei kontinuierlichem Permafrost: 3500 müA und Jahresmitteltemp von -8.5°C

2. Welche Probleme können durch das Abschmelzen von Permafrostböden entstehen? Permafrostboden stellt einen unsicheren Baugrund dar, das größte Problem ist dabei das Abschmelzen des Baugrunds: • • • • •

Setzungen durch Auftauen von Poren- und Klufteis Kriechen von Hängen, Blockgletscher (erhöhter Geschiebeanfall) Felsstürze, Muren und Hangrutschungen infolge Wasserdrucks Erosion von Permafrostböden durch instabile Struktur Veränderung hydrologischer Verhältnisse

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3. Welchen Bezug hat Permafrostboden auf Naturgefahren? • •

Unsicherer Baugrund Größtes Problem: Abschmelzen des Permafrosts o Setzungen durch Auftauen von Poren- und Klufteis o Kriechen von Hängen, Blockgletscher (erhöhter Geschiebeanfall) o Felsstürze, Muren und Hangrutschungen infolge Wasserdrucks o Erosion von Permafrostböden durch instabile Struktur o Veränderung der hydrologischen Verhältnisse

4. Blockgletscher • • • • • •

Zungenförmiger Körper aus ständig gefrorenen Lockermaterial, das sich langsam hangabwärts bewegt Gletscherähnliche Morphologie Druckwülsten oder Zerrspalten an steilen Quellen Schuttmaterial, Hohlräume mit Eis verfüllt Meist in Gebieten mit Schutthalden unterhalb von Gletschern Bedeutung: Sedimentlieferant, Trinkwasserressource, Klimaindikator, Naturgefahr selten

5. Glaziale Talbildung, Talform Eisströme benutzten die im Hochgebirge fluviatil vorgeformte Kerbtäler (V-Täler) – die Täler werden umgestaltet. Diese werden im Querprofil von V-Tälern (Kerbtälern) in U-Täler (Trogtal und Hängetäler) umgeformt. Im Längsprofil wechselt gleichsinniges Gefälle in Übertiefungen durch Wannen zu rückläufigem Gefälle. Die Schurfkraft ist am stärksten im Mittelabschnitt mit den größten Eishöhen. Hochgebirge der Erde während der pleistozänen Eiszeiten stärker vergletschert. Diese Täler werden dadurch umgestaltet, dass Geröll und Sediment durch die Unterseite des Gletschers abgetragen und zu einem U umgeformt wurde (Erosionsarbeit). Eisströme folgen Kerbtälern und gestalten Sie durch ihre eigene Erosionsarbeit um. Nach dem Abschmelzen des Gletschers wiederum mit Geschiebe etwas gefüllt. Somit entsteht die typische U-Form.

6. Was ist Gelifluktion? Solifluktion = Fließvorgang des wassergesättigten obersten Bodenschicht, oft siltige (breiige) Böden mit bi-modaler Kornverteilung, Fließvorgang bei Hang-Neigung 5-20° Gelifluktion = Unter Gelifluktion versteht man den Prozess der Solifluktion bei Vorhandensein eines Permafrostbodens. Als Folge des Auftauens des Oberbodens. Tiefere Bodenschichten sind noch gefroren und somit wasserundurchlässig. Tauen die oberen Bodenschichten auf sind diese wassergesättigt und es kann bei Hanglagen und geringen Neigungen zu Fließvorgängen kommen.

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7. Was kennzeichnet glazial geprägte Haupt- und Seitentäler? Haupttal • •

Eisstromgletscher reichten oft bis in die Haupttäler herunter Haupttäler wesentlich stärker eingetieft durch Erosionsarbeit des Eisstromgletschers als Nebentäler

Nebental oder Seitental • • • •

Kleinere Eisstromgletscher die dem Haupttal zufließen Weniger Erosionsarbeit des Gletschers, daher weniger tief eingetieft Endet nicht gleichsohlig in das Haupttal– Einmündung liegt höher an den Talflanken – sind zu Hängetälern geworden, die Oberhalb der Haupttäler liegen Hängetalwasserfälle

8. Warum sind glaziale Prozesse in Bezug auf alpine Naturgefahren relevant? X • • • •

Eisrandsedimente sind heute Erosionsherde Talzuschübe: durch Abschmelzen der Gletscher und Hangentlastung bewegen sich die Hänge langsam Richtung Tal à Hangdruck kann Bauwerke zerstören Murenauslösung in Permafrostböden: aufgrund steigender Temperaturen und des Gletscherrückganges ist mit vermehrter Murenaktivität zu rechnen Fels-Eislawinen

Glaziale Prozess haben den Alpenraum geprägt und ausgeschürft – dabei Geschiebeherde hinterlassen: • •

Moränen Talverfüllungen

• • •

Bergstürze Talzuschübe Solifluktionsschutt

9. Welche Wildbachrelevanten Arten von Sedimentablagerungen, die durch Gletscher entstanden sind, kennen Sie? X Fluviale Akkumulationsformen allgemein: • • • • •

Gerinnebänke Schwemmebene (Aufschüttungsebene, Talfüllung) Schwemmkegel (Murkegel, Steinschlagschuttkegel) Delta Flussterrassen

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10. Was ist der Unterschied eines Murkegels zum Schwemmkegel? Schwemmkegel = tritt bei Wildbächen auf, welche eine plötzliche Minderung des Gefälles aufweisen. Dort lagert sich Geschiebe ab in Form eines Kegels ab. • • • • •

Selektiver Geschiebetransport Sortierung (Schichtung) Einheitliche Oberfläche Korngröße nimmt nach unten hin ab Eher Flach 1-5° Neigung

Murkegel = entsteht beim Abgang einer Mure in jenem Bereich wo diese zum Stehen kommt. • • • •

wesentlich schlechtere/keine Sortierung sehr unregelmäßigere Oberfläche steiler >4° auch bei Wildbächen Abbildung 1 Murkegel

11. Unterschied Schuttkegel, Murkegel und Schwemmkegel? Schuttkegeln = Korngröße nimmt von oben nach unten zu und entstehen durch Felsstürze. Schwemmkegel = Korngröße nimmt von oben nach unten ab (Bei Kegeln, welche durch Bäche mit hohem wasserführendem Anteil führen, nimmt die Korngröße von oben nach unten ab) Murkegel = wesentlich schlechtere bis keine Sortierung der Korngröße

12. Längsschnitt Schuttkegel / Murkegel? – Korrekt?

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13. Unterschied Gebirgsfluss und Wildbach? Wildbach =

Sedimentlimitierend

Gebirgsfluss = Transportlimitierend

14. Was ist der Unterschied zwischen Wildbächen und Gebirgsflüssen in Bezug auf Transportkapazität und Geschiebepotential? Charakteristika von Wildbächen und Gebirgsflüssen Wildbach • • • • •

steiler als 5 – 10% Neigung Blöcke, anstehender Fels, breite Kornverteilung, unregelmäßige Geometrie, Kaskaden und Step-pool Systeme, ein geringes Sedimentspeichervermögen im Bachbett – Sedimentlimitierend einen hohen lateralen Eintrag von Sedimenten

Gebirgsfluss • • • • •

ca. 1 – 10% Neigung Deckschicht, einzelne Blöcke, weniger breite Kornverteilung, regelmäßige Geometrie, Komplexe Gerinneformen hohes Sedimentspeichervermögen und geringen lateralen Eintrag von Sedimenten = Transportlimitierend

15. Definition Altschutt-/Jungschuttbäche? Altschuttbäche: • • • •

Schutt aus Talbildungs- und Bettbildungsepochen. Kaum Vermehrung des Schuttmaterials durch Verwitterung Moränen, Talverfüllungen, Fluvio-glaziale Ablagerungen, bewachsenen Gehängeschutt, fossile Schwemmkegel, Tertiäre Schotter und Sande, Löß Eine Schuttbildung durch Verwitterung ist nicht / kaum vorhanden.

Jungschuttbäche • • • •

Schuttbildung nach der Talbildung Daher Verwitterungsschutt oder lebendigen Schutt Vorkommen: häufig in den Kalkalpen Oft kommt es dabei zu dem sogenannten „Schneuzen“ der Wildbäche (Intervall ca. 35 Jahre).

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16. Formen und Längsprofile von Wildbächen/ Gebirgsflüsse Längsprofile in Gebirgsflüsse/Wildbächen • • • • •

Kaskaden, sehr turbulent Step-pool Sytsem (Sequenz von Absturz und Becken) Plane Gerinnesohle mit einzelnen Blöcken Pool-riffle System, oft mit alternierenden Bänken, turbulent in der Riffle Sektion, ruhiger in den Gumpen Dune-ripple Strukturen an der Gerinnesohle

Grundrisse von Flüssen/Bächen: • • •

Gerader Lauf Mäander Furkation

17. Def. Wildbach Wildbach = Ist ein oberirdisches Fließgewässer, mit zumindest streckenweisem großem Gefälle und verhältnismäßig kleinem EZG, welches eine stark wechselnde Wasserführung aufweist (Starkregen, Schneeschmelze), die oft rasch, sprunghaft (langanhaltender NS im Zusammenhang mit gesättigtem Boden) oder allmählich anschwillt und das dabei Feststoffmassen von Sohle und Ufer, sowie oft mit Wildholz neben Geschiebeanteil durch Wassermassen weitertransportiert oder in Form von Murgängen weiterverlagert wird und schließlich am Schwemmkegel abgelagert oder einem Vorfluter zugeführt wird.

18. Flussordnungssysteme •

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Stream order - Strahler o Gibt an wie viele Flüsse gleicher Ordnung im EG vorhanden sind o Quellflüsse Ordnungsnummer 1, hierarchisch darüber, wo zwei Flüsse mit der Ordnungszahl 1 zusammenkommen erhält Ordnungsnummer 2 etc. Stream magnitude – Shreve

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19. Gletscherbildung? Ausgangsbedingungen • •

Durchgehend kalte Regionen (Sommer und im Winter kalt genug) Ausreichender NS o Es muss mehr NS in Form von Schnee akkumulieren als tauen oder verdunsten (Ablation)

Entstehung Gletscher • • • •

Schnee fällt auf den Boden (Akkumulation) Tagsüber Tauen und Nacht Wiedereinfrieren = Umkristallisation durch Temperaturunterschiede Daraus bildet sich aus dem Schnee körniges Eis = Firn Durch Druckverflüssigung und Wiedergefrieren entsteht Gletschereis o Hierbei wird der Luftraum der tieferen Schichten durch die Hohe Auflast des Eises (Druck) der oberen Schichten verringert und dadurch das Volumen verringert. = Metamorphose des Schnees zu Gletschereis

20. Gletscheraufbau • •

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Nährgebiet = Niederschlag + (Lawinenschnee) > Ablation (Akkumulationsgebiet) Gleichgewichtslinie = Grenze zwischen Zone mit Nettoakkumulation und der Zone der Nettoablation von Schnee und Eis im Gleichgewichtsjahr (Gleichgewichtsjahr = Winterüberschuss und Sommerdefizit von Schnee/Eis heben sich auf) Zehrgebiet = Niederschlag + (Lawinenschnee) < Ablation Firnlinie = Altschneelinie, höchste Lage der temporären Schneegrenze am Ende des Haushaltjahres Ablation = Abschmelzung; Akkumulation = Anlagern von Schnee

21. Gletscher Allgemein Schurf und Transport durch Gletscher • •

Materialtransport und Materialablagerung durch Gletscher – Bedeutung für die Entstehung umfangreicher Feststoff-Herde, Feststoff-Ressourcen = Materialbereitstellung Gletscher in Gebirgsländern wesentlich für Täler und damit die Talentwicklung und damit die Entwicklungsgeschichte

Gletschertypen • • • • •

Hanggletscher, Kargletscher = Gletscher welche auf Hang/Karbereich im obersten EG beschränkt sind Talgletscher = Gletscher die über den Karbereich hinaus bis ins Tal fließen Eisschild = Weite relativ flache Eismasse großer Mächtigkeit auf hochgelegenen Landmassen Eisschilde im Gebirgsraum = Talgletscher welche sich zu Eisschildern erweitern Piedmont (Vorland) Gletscher = Talgletscher, welche ihren Ablationsbereich im niedergelegenen Gebirgsvorlang haben 7

Glaziale Erosionen •

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Abrasion (glacial abrasion) o Schmirgelbewegung durch Sediment o Formen: Stromlinienformen im Felsen, Politur, Schrammen, Feinmaterialproduktion Regelation (glacial puckling) o Erosion durch Schmelzfrieren am Untergrund o Formen: Rundhöcker Subglaziale fluviale Erosion o Erosion durch Schmelzwasser (teilweise unter Druck) o Formen: Gerinne, Runsen, Gletschermühlen In Kalk: subglaziale Lösung

Glaziale Sedimentation • • • •

Subglaziale Deposition o Grundmoräne Frontale Verformung durch Gletschervorstoß Ausschmelzen an der Oberfläche Sub/Periglaziale Ablagerungen o Esker, Sander, Deltas, Eisrandsedimente

Grundmoräne • • • • • • •

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Stark konsolidiert bis überkonsolidiert Zurundung variabel Einregelung/Fließrichtung Unsortiert Multimodal Scherrisse Mittelmoräne o Gletscher Vereinen sich und Transportieren das in ihren Randbereichen gefallene Material. Bei Zusammenfluss = Mittelmoräne Seitenmoräne o Nach Abschmelzen Moränenschleier über gesamtes Gebiet – Talhänge vielfach von Seitenmoränen begleitet Obermoräne, Ablationsmoräne o Sehr locker, nicht verfestigt, leicht erodierbar auf der Gletscherzungenspitze

22. (Verwitterungsarten) Verwitterung = an der Erdoberfläche unter Einfluss Exogener Kräfte, langsam aber stetig vor sich gehende Lockerung, Aufbereitung und Zerstörung des festen Gesteins • •

Physikalische Verwitterung o Temperaturverwitterung, Frostverwitterung , Biogene Verwitterung Chemische Verwitterung o Lösungsverwitterung, Oxidationsverwitterung, Silikatverwitterung , Biogene Verwitterung

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23. Geomorphologie Geomorphologie = die Lehre von den Formen der Erdoberfläche, ihrer Entstehung und Veränderung und den daran beteiligten Prozessen Änderung der Höhe mit der Zeit = Hebung (Tektonik) – Erosion (Grundgestein) – räumlicher Gradient der Sedimenttransportrate !" !#

= 𝑈 − 𝐸 − ∆𝑞$

Heutige Oberflächenform ist das Ergebnis des ständigen Wechselwirkens zwischen: • •

endogene Kräfte (tektonische, innenbürtige Kräfte) exogene Kräfte (Verwitterung, Abtragung, Aufschüttung).

Geomorphologische Prozesse & Formen der Oberfläche: • • • •

Glaziale Prozesse und Formen Periglaziale Prozesse und Formen Fluviale Prozesse und Formen Hangprozesse und Formen

Geomorphologie ist wichtig in alpinen Regionen zum Verständnis • • • • • •

Entstehung und Entwicklung Wildbacheinzugsgebiete/ Dauer und Größenordnung Abtragungsprozesse Bereitstellung von Lockermaterial Hydrologie Gerinnenetzentwicklung Abschätzung des Gefährdungsraums Bemessung von Verbauungsmaßnahmen

24. Periglaziale Prozesse • • • •

Periglazial = um das Glaziale herum Frostwechsel Dynamik Zusammenspiel mit Schwerkraft Vor allem nicht vergletscherte, Baumlose Gebiete der arktischen Gebiete und Hochgebirge

25. Frost im Untergrund • • •

Ständig frostfreie Böden – gefrieren in durchschnittlichen Jahren nicht Winterfrostböden – Jahresmitteltemperatur über 0°C, Winter gefriert oberflächliche Schicht Permafrostboden – Dauer von über einem Jahr Temperaturen unter 0°C

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26. Fluviale Akkumulationsformen • • • • •

Gerinnebänke Schwemmebene (Aufschüttungsebene) Schwemmkegel (Murkegel, Steinschlagschuttkegel) Delta Flussterassen

27. Zeitskalen von Prozessen im Zusammenhang mit Naturgefahren •

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Geologische Zeitskala o Gebirgsbildung (Orogenese) o Eiszeiten Zeitskalen von Prozessen im EG o Verwitterung (Jahrhunderte) o Erosion – Vegetation o Wald (80-100 Jahre) o Klima/Wetter

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Massenverlagerungen außerhalb des Gerinnes (Hangstabilität, Rutschungen, Steinschlag bzw. Bergsturz)

28. Wie funktioniert die Pauschalgefällemethode zur Abschätzung der Auslauflänge von Bergstürzen? Pauschalgefällemethode = Auslauflänge von Bergstürzen • • • •

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Abgehenden Massen werden als zusammenhängender Gleitkörper gleichbleibender Masse betrachtet Für die Berechnung von Bergstürzen, später adaptiert und auch für Schneelawinen verwendet. Bei diesem Massenpunktmodell wird auf die Betrachtung der inneren Relativbewegung in der Bergsturzmasse verzichtet Das Pauschalgefälle ist der Winkel α der Strecke AE in der Horizontalen. Das heißt Gesamtfallhöhe h des Massenschwerpunktes dividiert durch die Reichweite r Für den Bewegten Gleitkörper gilt nach dem Grundsatz der Mechanik Kraft = Masse*Beschleunigung Es besagt, dass für jeden beliebigen Punkt des Schwerpunktweges die Summe aus geodätischer Höhe (=potenzielle Energie) plus Geschwindigkeitshöhe (=kinetische Energie) plus Energieverlusthöhe die gleiche ist (wie in der Hydraulik – Bernoulli Gleichung) = Konstante Energielinie o Summe Geodätische Höhe, Geschwindigkeitshöhe und Verlusthöhe = konstant Konstanter orts- und geschwindigkeitsunabhängiger Reibungswinkel vorausgesetzt – daher ist die Energielinie gleichmäßig um den Winkel phi geneigt Da Anfangs- und Endpunkt der Sturzmasse auf der Energielinie liegen (Gesamtenergie in Form von potentieller Energie) ist die Neigung der Energielinie identisch mit dem Winkel alpha der Geraden AE Pauschalgefälle entspricht dem Gleitreibungsbeiwert. In allen anderen Punkten Geschwindigkeitshöhe von Null verschieden und durch die Energielinie (=Pauschalgefälle) bestimmt. 𝑣𝑖 = )2 ∗ 𝑔 ∗ ℎ𝑣𝑖 Oft statt Pauschalgefälle (Verbindungslinie der Schwerpunkte) Fahrböschungsgerade verwendet. o Verbindungsstrecke des obersten Abrissrandes mit dem entferntesten Endpunkt der Ablagerung o Besser zur Gefahrenabschätzung o Vereinfachung, aber auch fehlerhaft

Es wird also auf die inneren Bewegungen der Masse verzichtet. Es wird ähnlich wie in der Hydraulik von einer konstanten Energielinie ausgegangen, welche dem Pauschalgefälle entspricht. Sie setzt sich zusammen aus der potentiellen Energie (Lageenergie), der Geschwindigkeitsenergie und der Energieverlusthöhe und ist um den Winkel ϕ (Fahrböschungswinkel) geneigt. Bei bekannter Energielinie kann dann jener Punkt berechnet werden an dem die Geschwindigkeit = 0 ist und somit zu stehen kommt.

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29. + Erweiterung nach Voellmy • • • •

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Berücksichtigt die mechanischen Eigenschaften von Festkörpern und von Flüssigkeiten, um den Fließvorgang von Lawinen besser beschreiben zu können. Wir auch für Massenbewegungen wie Bergstürze verwendet Es wird ein Zusammenwirken der festen und flüssigen Reibungsanteile unterstellt, welche eine Bremskraftwirkung erzeugen = Gesamtwiderstand. Das Modell geht dabei von turbulentem Fließvorgang aus und verwendet entsprechende Fließformeln. Der Vorteil ist, dass das Modell nach Voellmy die Energielinie realistischer abschätzt als die Pauschalgefällemethode, wodurch die Geschwindigkeiten entlang der Bergsturz- oder Lawinenbahn nicht so stark überschätzt werden, wie in der Pauschalgefällemethode. Beim Voellmy Modell muss man die Koeffizienten kennen bzw. Schätzungen aus Historischen Ereignissen angewiesen – Modell stellt nur ein Konzept dar und nicht die tatsächlichen physikalischen Prozesse wiederspiegelt. Dieses Modell lässt sich außerdem sehr gut auf Murgänge anwenden.

30. Unterschied Pauschalgefälle / Fahrböschung? Pauschalgefälle = Verbindung beider Massenschwerpunkte (Verbindungslinie der Schwerpunkte) Fahrböschung = Verbindungsstrecke des obersten Abrissrandes mit dem entferntesten Endpunkt der Ablagerung. Die Fahrböschung kann nachträglich leichter bestimmt werden und eignet sich besser zur Gefahrenabschätzung. – Vereinfachung kann allerdings auch zu starken Fehlern führen.

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31. Welche Auslösemechanismen sind für Steinschläge am häufigsten? Welche Auslösemechanismen kennen sie noch? (Steinschlag oder auch Felssturz und Bergsturz) Auslösemechanismen •

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Geologische Faktoren o Tektonische Aktivität § Erhöhung der Hangneigung § Erdbeben o Ausdeh...