Bodensenkung unter großen US-Städten nimmt zu

Unter vielen großen Städten der USA senkt sich der Boden großflächig ab. Das verändert das Verständnis von urbaner Stabilität in Regionen, die lange als sicher galten.

Damit rücken alltägliche Gefahren in ein neues Licht: Langsame, unsichtbare Bodenbewegungen entwickeln sich zu einem zunehmenden Faktor, der Infrastruktur belasten und bereits bestehende Herausforderungen des Stadtlebens verschärfen kann.

Karte der Bodensenkung

In den gesamten USA zeichnet sich ein Muster ab, bei dem Bodensenkungen nicht nur einzelne Problemstellen betreffen, sondern dicht bebaute Stadtviertel durchziehen.

Neue Satellitenkarten erfassten diese Veränderungen Block für Block und machten Abwärtsbewegungen sichtbar, die sich unbemerkt summieren, bevor Schäden auf Straßenniveau erkennbar werden.

An der Virginia Tech (VT) dokumentierte Dr. Leonard Ohenhen diese Entwicklung, indem er untersuchte, wie sich der Untergrund unter stark frequentierten Städten kontinuierlich veränderte.

Die Daten belegen, dass diese Bewegung über Jahre hinweg anhielt und sowohl erwartete Risikogebiete als auch zuvor als stabil eingeschätzte Flächen betraf.

Indem die Ergebnisse das Ausmaß und die ungleichmäßige Verteilung der Bodensenkung offenlegen, zeigen sie, weshalb ihre Ursachen und Folgen genauer betrachtet werden müssen.

Zahlen zur Absenkung

Die Karten zeigten in allen 28 großen Städten Bodensenkungen, also ein langsames Absinken der Geländeoberfläche.

Zwischen 2015 und 2021 bewegten sich in jeder dieser Stadtregionen mindestens 20 Prozent der Fläche nach unten; in einigen Städten war der Anteil deutlich größer.

Auf Grundlage der Volkszählungsblöcke von 2020 schätzte das Forschungsteam, dass etwa 34 Millionen Menschen auf absinkendem Boden lebten.

Da auch Städte im Landesinneren dasselbe Muster aufwiesen, reicht das Problem weit über Küstenüberschwemmungen hinaus und betrifft die alltägliche Stadtplanung.

Satelliten messen Bodenbewegungen

Radarsatelliten überflogen dieselben Stadtblöcke wiederholt, sodass Forschende Veränderungen des Bodens im Bereich von Bruchteilen eines Zolls verfolgen konnten.

Das Team verglich Radaraufnahmen aus verschiedenen Zeitpunkten und wandelte geringfügige Unterschiede im zurückkehrenden Signal in aussagekräftige Bewegungsdaten um.

Um auch bei Bewölkung und Dunkelheit eine kontinuierliche Erfassung zu gewährleisten, nutzte die Studie Radardaten von Sentinel-1 aus dem Copernicus-Programm.

Durch die wiederholten Überflüge entstanden detaillierte Datensätze für einzelne Blöcke. Dadurch können Planer ganze Viertel vergleichen, statt sich auf einzelne Vermessungspunkte zu stützen.

Grundwasserentnahme lässt den Boden sinken

In zahlreichen Städten führte der Wasserbedarf dazu, dass verstärkt Grundwasser aus tieferen Schichten gefördert wurde. Der Boden über diesen Brunnen setzte sich daraufhin ab.

Wird Wasser einem Grundwasserleiter entnommen – einer unterirdischen Schicht, die Wasser in ihren Poren speichert –, rücken die Körner dichter zusammen und das Volumen nimmt ab.

Diese Verdichtung kann teilweise dauerhaft sein, weshalb selbst niederschlagsreiche Jahre das Gelände möglicherweise nicht wieder auf seine frühere Höhe anheben.

Ein kontrollierter Umgang mit der Wasserentnahme kann den Vorgang verlangsamen, setzt jedoch eine fortlaufende Überwachung der Wasserstände und eine langfristige Durchsetzung voraus.

Folgen der Eiszeit wirken weiter

Nicht jede Bodensenkung war auf Wasserentnahme zurückzuführen. Manche Städte liegen auf Land, das sich noch immer absenkt, nachdem das Eis vergangener Eiszeiten verschwunden ist.

Diese anhaltende Anpassung wird als glazialisostatische Anpassung bezeichnet. Sie beschreibt die langsame Reaktion des Landes nach dem Abschmelzen von Eis, durch die sich einige Regionen jährlich weiter absenken.

Die Karten erfassten in Städten wie Chicago und New York stetige Abwärtsbewegungen, selbst dort, wo nur wenig Grundwasser gefördert wurde.

Da sich diese Kräfte nicht abschalten lassen, müssen Planer Gebäude und Entwässerungssysteme häufig anpassen, anstatt die Bodensenkung selbst verhindern zu können.

Städte verdichten den Untergrund

Mit dem Wachstum einer Stadt steigt auch ihre Belastung des Untergrunds. Dieses Gewicht kann weiche Böden und Aufschüttungsmaterial im Laufe der Zeit zusammendrücken.

Baumaßnahmen können zudem die Grundwasserströmung verändern, sodass sich in einem Bereich Druck aufbaut, während benachbarte Schichten austrocknen und sich verdichten.

Diese Unterschiede sind bedeutsam, weil sich ein Viertel leicht anheben kann, während ein anderes absinkt. So entstehen ungleichmäßige Neigungen entlang von Straßen und Versorgungsleitungen.

Das Ergebnis ist ein Mosaik unterschiedlicher Bodenbewegungen, das Rohre und Schienen belasten kann, selbst wenn die durchschnittliche Entwicklung einer Stadt unauffällig erscheint.

Ungleichmäßige Bewegung verursacht Schäden

Die größte Gefahr für die Infrastruktur geht von ungleichmäßigen Bewegungen aus: Ein Gebäude verkraftet ein gleichmäßiges Absinken meist besser als Verformungen.

Ingenieure bezeichnen dies als differenzielle Setzung, also eine ungleichmäßige Absenkung des Bodens über kurze Distanzen. Sie kann Fundamente verdrehen und Wände aufreißen lassen.

Mithilfe von Gittern auf Ebene einzelner Viertel kennzeichnete die Studie mehr als 29.000 Gebäude in Gebieten mit erhöhtem Schadensrisiko.

Eine hohe Risikoeinstufung bedeutete jedoch nicht zwangsläufig einen Schaden, denn auch Bodenart, Fundamentkonstruktion und Instandhaltung beeinflussten das Ergebnis.

Überschwemmungen folgen tiefen Stellen

Absinkender Boden verändert die Wege des Wassers. Schon eine geringe Absenkung kann Oberflächenabfluss in neue tiefer gelegene Bereiche lenken.

„Viele kleine Veränderungen summieren sich im Laufe der Zeit, verstärken Schwachstellen in städtischen Systemen und erhöhen das Überschwemmungsrisiko“, sagte Ohenhen.

Eine Hochwasserplanung, die Bodenbewegungen außer Acht lässt, kann die nächste Schwachstelle übersehen – besonders in flachen Vierteln mit schlechter Entwässerung.

Planung zur Risikosenkung

Da ein großer Teil der Bodensenkungen mit der Wassernutzung zusammenhing, können Städte sie durch die Steuerung von Entnahmen und die Wiederauffüllung von Becken verlangsamen.

Auch Bauvorschriften können ungleichmäßige Setzungen berücksichtigen und Fundamente sowie Fugen verlangen, die schrittweise Bewegungen ohne Versagen aufnehmen.

Regelmäßige Kartierungen können Inspektionen gezielt auf Brücken, Straßen und Leitungen lenken, die besonders stark veränderlichen Boden queren.

Selbst bei besserer Planung werden sich einige Stadtbereiche weiter bewegen. Ein dauerhaftes Risikomanagement bleibt daher unvermeidlich.

Eine sichtbar gemachte schleichende Gefahr

In ihrer Gesamtheit machen die Ergebnisse aus einer vagen Sorge ein messbares Muster, das den städtischen Alltag berührt.

Langfristige Sicherheit hängt davon ab, Wassermanagement, Gebäudekonstruktion und regelmäßige Überwachung zu verbinden und zugleich anzuerkennen, dass sich einige Böden weiterhin setzen werden.

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