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Aufgabe und Organisation des Lawinendienstes
Mit 2 Bildern ( 99, 100 ) und 4 ZeichnungenVon Edwin Bucher
( Davos ) Da nun endlich bei allen Völkern der Friede eingekehrt ist und bereits einige unserer Grenztore dem längere Zeit vermissten Touristenverkehr geöffnet werden konnten, um Gesunden, Kranken und Geknechteten den Aufenthalt in einem kriegsverschonten, freien Land mit heilkräftigem Klima zu ermöglichen, ferner aber auch viele unserer eigenen Landsleute nach jahrelanger geistiger und körperlicher Überbeanspruchung wieder einmal ausspannen wollen, ist in kommenden Wintern mit einer starken Belegung aller schweizerischen Kurorte zu rechnen. In Voraussicht dieser Entwicklung und im Bestreben, all den willkommenen Gästen den Aufenthalt im winterlichen Gebirge so angenehm wie möglich zu gestalten, wurde von den verantwortlichen Stellen bereits eine Reihe von Vorkehrungen getroffen.
Hiezu gehört unter anderem der Lawinendienst. Diese Organisation diente ursprünglich dem Schütze unserer Soldaten vor den Gefahren der winterlichen Schneebedeckung und wurde nun den zivilen Verhältnissen angepasst mit dem Zweck, jeden Skifahrer über den Gang der Schneedeckenentwicklung zu orientieren und ihn damit bei seiner eigenen Beurteilung der Lawinengefahr zu unterstützen.
Im Zusammenhang mit dieser Umorganisation ist es wohl angezeigt, die Grundlagen für einen touristischen Lawinenschutz einer näheren Prüfung zu unterziehen. Wir wollen dabei zunächst die generelle Frage einer wissenschaftlichen Stabilitätsuntersuchung der Schneedecke in ein helleres Licht rücken und aus den sich ergebenden Grundsätzen die Gesamtorganisation des Lawinendienstes diskutieren.
Dass die Schneedecke nicht ein wahllos zusammengewürfeltes, sand* haufenähnliches Aggregat, sondern eine saubere Aufschichtung der festen Niederschläge darstellt und damit als Sedimentation der Atmosphäre bezeichnet werden kann, dürfte allgemein bekannt sein. Wir sind gewohnt, von einem Schneeprofil ( Fig. 1 ) zu sprechen, in welchem jede einzelne Schicht ihr besonderes Gepräge aufweist. Im oberen Teil sind es vornehmlich noch junge Ablagerungen mit den bekannten Formtypen des Neuschnees, wie Nadeln, Plättchen und Sternchen. Je weiter wir nach unten graben, um so auffälliger wird die Tatsache, dass der Schnee mit der Zeit seine ursprüngliche Gestalt verliert und tiefgreifende Veränderungen erleidet. Einzelne Schichten werden zu feinkörnigem, dichtgepacktem Material mit marmorähnlichem Bruch verfestigt, während zuweilen unmittelbar darunter ein loses, reisähnliches Aggregat mit grobem, rundlichem Korn anzutreffen ist, das bei der geringsten Störung seine Kohäsion verliert und wie trockener Sand durch die Finger rieselt.
Um über die sehr unterschiedlich verlaufende Schneedeckenentwicklung Klarheit zu gewinnen, wurden in den letzten Jahren auf Weissfluhjoch eingehende Laboratoriums- und Felduntersuchungen durchgeführt. Demnach ist die natürliche Schneemetamorphose auf ein Zusammenwirken mechanischer Kräfte und kristallographischer Kornveränderungen zurückzuführen. Je nach Belastungsgrösse, Temperatur und Luftdurchlässigkeit geht diese Entwicklung in der einen oder andern Richtung und bedingt in ihrem Wechselspiel eine starke Differenzierung innerhalb der Gesamtschneedecke: einzelne Schichten werden verfestigt, andere dagegen aufgelockert.
Jeder Lawinenanbruch geht nun offenbar so vor sich, dass mechanische Kräfte das Material Schnee an der schwächsten Stelle zum Bruch bringen und die von ihren Nachbarteilen getrennten Massen dann in beschleunigter Bewegung dem Talgrund zugleiten. Woher aber kommen diese Kräfte? Wenn wir bedenken* dass jede Schneeschicht ein gewisses Eigengewicht besitzt und im Laufe des Winters ein Schneefall auf den andern folgt, wobei die Last der oberen Massen von den darunterliegenden auf den festen Untergrund übertragen werden muss, so wird die innere Beanspruchung des Materials ohne weiteres verständlich. Die hangabwärts wirkenden Kräfte werden naturgemäss mit zunehmender Terrainneigung immer grosser. Da diese äusseren Bedingungen stark wechseln, entsteht innerhalb der Schneedecke ein in Funktion von Ort und Zeit ändernder Spannungszustand.
Will man nun den Grad der Gefahr eines Lawinenanbruches für einen bestimmten Hang abschätzen, so müssen — wie bei jeder Stabilitätsuntersuchung — Spannungsgrösse und Materialfestigkeit einander gegenüber gestellt werden. Bleibt die Spannung unter der Festigkeitsgrenze, so liegen stabile Verhältnisse vor. Mit zunehmender Beanspruchung oder abnehmender Festigkeit wächst die Gefahr, und bei Gleichheit der beiden Werte tritt der .,%étm Bruch ein. Die streng wissenschaftliche Beurteilung einer konkret vorliegenden Schneedecke könnte somit nur dann vorgenommen werden, wenn in jedem Punkt der Gesamtmasse Spannungszustand und Materialfestigkeit bekannt wären. Dass diese Voraussetzung nur ausnahmsweise erfüllt sein kann, versteht sich von selbst. Eine zahlenmässige Erfassung des Gefahrengrades ist demnach im heutigen Stand der Forschung noch nicht möglich.
Wenn wir uns der praktischen Seite unseres Problems zuwenden, so sieht man jedoch leicht ein, dass den Skifahrer wohl die Stabilität eines bestimmten Hanges interessieren kann, dass er aber viel mehr über die allgemeinen Verhältnisse in seinem Tourengebiet orientiert sein möchte. Er will wissen, ob in einem bestimmten Zeitpunkt mit Lawinenanbrüchen zu rechnen ist oder nicht, und sein Programm dem Gefahrengrad anpassen.
Auf unsere Vorstellung von Spannungs- und Festigkeitswerten übertragen, soll also die Tendenz der Stabilitätsänderung in Funktion der Zeit untersucht werden. Bewegen sich die beiden Linien der graphischen Darstellung in Fig. 2 gegeneinander oder auseinander? Konvergenz oder Divergenz, das ist die Frage. Während es kaum je möglich sein wird, ein ganzes Gebiet hinsichtlich des Stabilitätsgrades seiner Schneedecke so zu untersuchen, wie dies der Ingenieur bei ähnlichen Problemen gewohnt ist, liegt für die praktische Frage der relativen Gefahr oder — anders ausgedrückt — für die Schwankungen der beiden charakteristischen Kurven schon eine Reihe gut fundierter Anhaltspunkte vor.
Beginnen wir mit der Spannungslinie. Diese wird offenbar durch Schneemächtigkeit und Hangneigung stark beeinflusst. Es wurde schon erwähnt, dass die hangabwärtswirkende Komponente des Eigengewichtes mit zunehmender Masse und Steilheit ebenfalls zunehmen muss. Da jedoch die einzelnen Kristallteilchen an Böschungen mit etwa 100 % Neigung normalerweise keinen Halt finden und vielfach schon während des Niederschlages längs der Falllinie abfliessen, kommt der Winkelgruppe oberhalb 45° eine kleinere Bedeutung zu, als man bei flüchtiger Betrachtung des Problems annimmt. Ausnahmen dieser Regel bilden Verwehungen mit wächtenartigem Charakter. In diesem Fall erhält die Schneedecke eine starke Windpackung und brettartige Verfestigung. Wenn wir also ganz allgemein nach den äusseren Ursachen eines Kräftezuwachses fragen, so müssen wir auf zwei Elemente hinweisen: Schneefall und Wind. Der ruhige Niederschlag bedingt eine gleichmässig verteilte, der Wind eine lokale Massenzunahme; beide Einflüsse können zu grosseren Lawinenniedergängen führen.
Wie aber kommt es, dass am selben Hang und bei gleichbleibender Belastung die Schneedecke längere Zeit ruhig bleibt, um dann plötzlich, scheinbar ohne äussere Ursache abzubrechen? Die Beantwortung auf diese Frage muss in den Festigkeitsverhältnissen gesucht werden. Das Material Schnee erfährt gemäss unserer einleitenden Betrachtung eine in Funktion der Zeit fortschreitende Veränderung, und man erkennt, dass das Hauptaugenmerk auf diejenigen Stellen gerichtet werden muss, deren Verbandsfestigkeit eine Abnahme erleidet. Es ist nicht das Gesamtprofil, sondern die schwächste Schicht, welche über die Stabilität der Schneedecke entscheidet.
Stellen wir uns doch einmal ein kristallines Lockeraggregat vor, dessen Verbandsfestigkeit aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, der Kornverzahnung AUFGABE UND ORGANISATION DES LAWINENDIENSTES Kobäsion c 140 120 100 80 60 40 20 c in kg/dm'-.1111L_ Schneetemperatur 1 -2 I -3 1 -4 - S -6 -7 »C 0,1 ì 0.2 i 0.3 l 0.4 I * vi.
200 und der zwischen den Kontaktstellen wirksamen Klebkraft, und lassen nun beide Faktoren in Funktion der Zeit variieren, so wird allgemein verständlich, wie wenig man sich auf diese Materialfestigkeit verlassen kann: jede Auflockerung, Kornvergröberung oder plötzliche Temperaturerhöhung muss zwangsläufig auch einen Kohäsionsverlust zur Folge haben. Damit sind wir schon etwas tiefer in die Struktur unserer Materie vorgedrungen und haben lediglich noch die praktische Seite dieser Erkenntnis herauszuschälen. Wie lässt sich die innere Auflösung einer Schneeschicht äusserlich erkennen und welche meteorologischen Faktoren müssen dafür verantwortlich gemacht werden? Wir wollen uns bei der Beantwortung dieser Fragen zunächst den in Figur 3 dargestellten Entwicklungen zuwenden.
AUFGABE UND ORGANISATION DES LAWINENDIENSTES An erster Stelle muss die gut erkennbare, aber in der Praxis noch viel zu wenig beachtete Schwimmschneebildung erwähnt werden. Wenn der im Herbst gefallene Neuschnee geringer Mächtigkeit lange Zeit tiefen Aussen-temperaturen ausgesetzt ist, vollzieht sich innerhalb dieser später als Fundament der Gesamtschneedecke dienenden Schneeschicht eine gewisse Veränderung. Das relativ grosse Temperaturgefälle zwischen dem noch warmen Erdboden und der kalten Aussenluft begünstigt den Stoffaustausch zwischen den einzelnen Kristallen, wobei fortschreitende Abrundung der Körner und Wachstum der grössern Bausteine auf Kosten ihrer kleinen Nachbarn in kurzer Zeit zu einer von blossem Auge feststellbaren Vergröberung des Gesamt-aggregates führt. Es entsteht das von Paulcke in Analogie zum Schwimmsand als Schwimmschnee bezeichnete Korngemisch, ein Verband, welcher äusserst geringe Tragfähigkeit aufweist und bei kleinster Störung in sich zusammen- bricht. Diese Entwicklung braucht — den wechselnden meteorologischen Verhält- Beispiele für Spannungs- und Festigkeitsverlauf nissen entsprechend — nicht jedes Jahr aufzutreten, doch sind sehr viele unserer Frühwinterlawinen, viele Unfälle um die Zeit der Jahreswende, auf die Schwimmschneebildung zurückzuführen. Besonders ff30 ri20 I =10...
bevorzugt sind kalte Nordhänge, Unter- 10 12 14 Toge lagen mit lockerer Geröllbedeckung sowie Alpenrosen- und Erlenbestände.
Eine ähnliche Entwicklung erfahren lange Zeit an der Oberfläche liegende Schneeschichten. Die Tageswärme dringt in die obersten Partien der Schneedecke ein, am Abend erfolgt dann die Abkühlung, wobei infolge Ausstrahlung an der Schneeoberfläche Temperaturen, welche unter derjenigen der Luft liegen, auftreten können. Es bildet sich ein stark ausgeprägter Temperaturunterschied zwischen benachbarten Schneeteilen, welcher immer wieder neu erzeugt wird und damit zur Auflockerung der obersten Schneeschicht führt. Der darauffolgende Neuschnee kommt auf ein grobkörniges Aggregat ohne nennenswerte Zusammenhangskräfte zu liegen und rutscht in vielen Fällen ab. Dieselbe Erscheinung lässt sich bei verharschter Schneeoberfläche konstatieren, wobei allerdings die Auflösung erst nach einiger Zeit erfolgt. Die schwache Stelle ist hier nicht — wie der Praktiker vielfach annimmt — zwischen dem Neuschnee und seiner Unterlage, sondern innerhalb des Alt- Spannung und Festigkeit im Schnee steilen unregelmässige Zeitfunktionen dar. Solange sich die beiden Kurven nicht schneiden, liegen stabile Verhältnisse vor
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1 « Mlir1 5. |0 m
10 12 Ti 16 Tage Anbruch infolge Spannungsanstiegs bei Schneefall oder Verwehunien
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Anbruch infolge Festigkeitsabfalls bei Tcmneraturanstieg FiS. 2 AUFGABE UND ORGANISATION DES LAWINENDIENSTES Schnees zu suchen. Tatsächlich liegt die Gleitfläche meistens einige Millimeter unterhalb der Schichtgrenze.
Extrem gefährliche Situationen werden durch Reifablagerungen während kalten Nächten bedingt. Nach dem Einschneien derartiger Ausscheidungen aus der Atmosphäre weist das Gesamtprofil eine starke Unstetigkeit, eine äusserst lockere Zwischenschicht auf, welcher praktisch keine Kohäsion zugeschrieben werden kann.
Wenden wir uns noch dem letzten Haupteinfluss, demjenigen der Temperatur zu, wie er im untersten Teil von Fig. 2 zum Ausdruck kommt. Wenn wir uns vor Augen halten, wie nahe am Schmelzpunkt sich das Material Schnee befindet und wie stark die Festigkeit selbst porenfreier Werkstoffe in diesem Bereich abfällt, so wird der Temperatureinfluss bei der Stabilitäts-frage zur Selbstverständlichkeit. Dabei muss berücksichtigt werden, dass die Plastizität des Stoffes bei erhöhter Temperatur zunimmt und dementsprechend schon geringe Druckkräfte wesentliche Kompressionen erzeugen. Verdichtung aber ist gleichbedeutend mit Verfestigung. Wir haben somit zwei sich diametral entgegenwirkende Tendenzen vor uns, und es stellt sich die Frage, welcher der beiden Einflüsse überwiegt. Hier bildet der Faktor Zeit den Schlüssel zur Lösung: rasche Erwärmung hat im allgemeinen eine Festigkeits-abnahme, langsame hingegen eine Konsolidierung der Schneedecke zur Folge. Dies wenigstens so lange es sich um trockene Schneearten handelt. Bei Beginn des Schmelzprozesses ist in jedem Fall mit einer tiefgreifenden Erweichung des Aggregates und der Möglichkeit von Lawinenniedergängen zu rechnen. Zur Illustration des Temperatureinflusses sei lediglich an die bekannten Lawinengänge unserer Föhntäler er- Beispiele von ungünstigen Schneeprofilen innert.
Aus diesen paar Hinweisen lässt sich leicht ermessen, wie stark die Schneedeckenentwicklung und damit auch die Lawinengefahr von den meteorologischen Verhältnissen beeinflusst wird. Jeder Winter verleiht der Schneedecke sein besonderes Gepräge, und jede geographische Lage, Meereshöhe oder Hangexposition bestimmt darüber hinaus ihre örtliche Besonderheit. Um die Lawinenverhältnisse in den verschiedenen Gebieten der Alpen erfassen zu können, müssen demnach die dortigen Schneeverhältnisse bekannt sein. Da aber bisher im Institut für Schnee- und Lawinenforschung auf Weissfluhjoch wohl eine genaue Untersuchung der lokalen Schneeverhältnisse und ihre Veränderungen während des Winters, nicht aber derjenigen im übrigen Teil Neuschnee leicht gebackt Feinkörniger dichter Altschnte Schwimmschnee mit Becherkristallen m ( Gleilschicht )
1111 )
Neuschnee leicht gebackt Aufgelöste Harschschicht ( Gleitschichl ) Feinkörniger dichter Altschnee Grobkörniger dichter Altschnee Neuschnee locker Eingeschneiter Oberflä-dmnlf ( Qkitsdhlcht ) Feinkörniger AlUclinee Flg. 3 :,£ j* AUFGABE UND ORGANISATION DES LAWINENDIENSTES 50 40 30 -20 10 9 Rammwiderstand IV -s -4 -3 -2 -1 1 10 20 Dezember 1020 Januar 10s
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März der Schweiz durchgeführt wurde, mussten mit der Übernahme des Lawinendienstes auch weitere Beobachtungsstationen eingerichtet werden. Die tatkräftige Mithilfe mehrer Privatpersonen, Sportverbände und Bahnverwaltungen half in kurzer Zeit namhafte Schwierigkeiten finanzieller und fach-technischer Natur überwinden und ein Vergleichsstationennetz von 23 Stationen in Betrieb nehmen 1.
Die hier durchgeführten Messungen umfassen: Temperatur der Luft — Windrichtung — Windstärke — Bewölkungsmenge — Art des Niederschlages — Neuschneemenge — Beschaffenheit der Schneeoberfläche — Einsinktiefe der Rammsonde — Temperatur der obersten Schneeschicht — totale Schneehöhe — niedergegangene Lawinen — Lawinengefahr.
Am 1. und 15. des Monats hat ferner jeder Beobachter ein Schneeprofil zu graben und die Beschaffenheit der verschiedenen Schichten aufzuzeichnen. Für die Meldungen leisten dabei Schneesignaturen mit Zahlencode wertvolle Hilfe, und wir erhalten durch Zusammenfügen der Aufnahmen gemäss Fig. 4 das sogenannte Zeitprofil, eine graphische Darstellung der Schneedeckenentwicklung. An einzelnen Stationen wird zuhanden des hydrologischen Institutes der ETH der Wasserwert des Neuschnees und der Schneedecke bestimmt.
1 Stationennetz: 1. Barberine 1800 m; 2. Zermatt 1600 m; 3. Riffelberg 2570 m; 4. Rochers de Naye 1975 m; 5. Hahnenmoos 1910 m; 6. Kleine Scheidegg 2030 m; 7. Axalp 1800 m; 8. Trübsee 1770 m; 9. Münster 1360 m; 10. Ulrichen 1345 m; 11. Andermatt 1440 m; 12. Bedretto 1435 m; 13. Ritom 1840 m; 14. Schwägalp ( Säntis ) 1300 m; 15. Garichte 1560 m; 16. Piz Sol 2200 m; 17. Obersaxen 1400 m; 18. Hinterrhein 1620 m; 19. St. Antönien 1500 m; 20. Weissfluhjoch 2550 m; 21. Davos 1550 m; 22. Zuoz 1750 m; und 23. Alp Languard 2230 m.
ypJ AUFGABE UND ORGANISATION DES LAWINENDIENSTES Um schliesslich auch die in einem Gebiet oft recht unterschiedliche Verteilung der Schneemächtigkeit erfassen zu können, wurden neben den Vergleichsstationen mehrere Meßstellen eingerichtet, wo lediglich Schneehöhen und Beschaffenheit der obersten Schicht ermittelt werden.
Alle diese Aufnahmen der verschiedenen Stationen werden dann teils schriftlich, teils telephonisch der Zentralstelle mitgeteilt.
Es ist ja selbstverständlich, dass sich die Beurteilung der Gesamtsituation in erster Linie auf die bis in alle Details gehenden Untersuchungen unserer eigenen Versuchsfelder stützen muss, denn diese geben das für jeden Winter charakteristische Gepräge der Gesamtschneedeckenentwicklung. Für die verschiedenen Lokaleinflüsse sind wir auf die Meldungen der Vergleichsstationen und Meßstellen angewiesen, mit deren Hilfe es erst möglich ist, eine allgemeingültige Gesamtbeurteilung vorzunehmen. Dass wir uns dabei auf die momentane Situation beschränken müssen und nur ausnahmsweise auch eine Prognose für die nächsten paar Tage aufstellen können, dürfte auf Grund der hier erwähnten komplexen Zusammenhänge zwischen Wetter und Lawinen ohne weiteres verständlich sein.