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Ob eine Lawine an einem bestimmten Ort anbricht oder nicht, hängt vor allem vom Aufbau der Schneedecke ab. Wir untersuchen die Schneeeigenschaften und die Prozesse beim Entstehen einer Lawine und helfen damit, ihre Vorhersagbarkeit zu verbessern.
In schneebedeckten Gebirgen sind Lawinen eine bedeutende Naturgefahr – so auch im dicht besiedelten Alpenraum. Sie können Siedlungen, Verkehrswege und Personen gefährden, die sich im winterlichen Gebirge aufhalten.
Ob und wie Lawinen entstehen, hängt wesentlich vom Aufbau der Schneedecke ab. Besteht sie aus vielen verschiedenen Schichten? Sind diese mächtig oder eher dünn? Ausgedehnt und flächig oder unterbrochen? Fest oder schwach? Es gibt also viele Einflussfaktoren, und manche von ihnen sind schwierig zu messen. Um die Prognose von Lawinen zu verbessern und um Schneesportlerinnen und Schneesportlern zu helfen, die Lawinengefahr selbst einzuschätzen, erforschen wir, wie genau Lawinen entstehen.
Entstehung von Lawinen
Lockerschneelawinen gehen von einem Punkt aus und entstehen, wenn der Schnee nicht gut gebunden ist. Verlieren einzelne Schneeteilchen im sehr steilen Gelände ihren Halt, kullern talwärts und stossen dabei immer mehr Teilchen an, bildet sich eine allmählich grösser werdende, umgekehrt-V-förmige Lawine mit einem punktförmigen Anriss. Da Lockerschneelawinenmeist weniger Schnee mitführen und langsamer sind als Schneebrettlawinen, sind sie auch weniger gefährlich.
Bei Schneebrettlawinen kommt eine ganze Schneetafel gleichzeitig ins Rutschen. Schneebrettlawinen sind meist grösser (die typische Skifahrerlawine ist im Mittel: 50 m breit, 150 m-200m lang und 50 cm mächtig) und erreichen Geschwindigkeiten von 50-100 km/h.
Schneebrettlawinen können nur entstehen, wenn die Schneedecke aus verschiedenen Schneeschichten besteht. Falls zwischen den Eiskristallen in einer Schicht nur wenige und schwache Verbindungen bestehen, sprechen wir von einer Schwachschicht. Ausgehend von einer besonderen Schwachstelle in der Schwachschicht können bei Überlastung (z.B. während eines Schneefalls) zuerst einzelne, dann lokal immer mehr der Bindungen brechen. Ist der geschädigte Bereich gross genug, beginnt der Bruch sich plötzlich und rasant innerhalb der Schwachschicht auszubreiten, parallel zum Hang – ähnlich einem Kartenhaus, das von einer Stelle beginnend in sich zusammenstürzt. Ist der Hang steiler als ca. 30°, so rutscht das Schneebrett immer schneller auf der gebrochenen Schwachschicht hangabwärts: Eine Schneebrettlawine ist entstanden.
Nassschneelawinen reissen meist spontan an und lösen sich vor allem bei starker Erwärmung. In die Schneedecke eindringender Schmelz- oder ausnahmsweise Regenwasser schwächt die Bindungen zwischen den Schneekristallen und destabilisiert so Schichten, in denen sich das Wasser staut. Sowohl Lockerschnee- als auch Schneebrettlawinen können aus nassem Schnee bestehen.
Experimente und Modelle
Unsere Forschung zielt darauf, die Vorgänge vor, während und nach der Lawinenauslösung besser zu verstehen. Wir setzten Feldmessungen, Laborexperimente und Computermodelle ein.
In Feldexperimenten messen wir Eigenschaften der natürlichen Schneedecke, z.B.:
- filmen wir den sich ausbreitenden Bruch in einer Schwachschicht mit Hochgeschwindigkeitskameras.
- bestimmen wir den Wassergehalt der Schneedecke vom Boden aus mit aufwärtsschauenden Radarsystemen
- messen wir die Schichtung und die Variabilität der einzelnen Schichten der Schneedecke mit dem SnowMicroPen, einer hochauflösenden Schneesonde.
Im Kältelabor arbeiten wir unter kontrollierten Bedingungen, führen z.B. Belastungsversuche an selbst gezüchteten Schwachschichten durch.
Die Ergebnisse von Messungen und Experimenten dienen unter anderem als Input für numerische Simulationen, die uns wiederum helfen, physikalische Prozesse besser nachzuvollziehen. Oder zur Optimierung des Schneedeckenmodels SNOWPACK, das in mehreren Ländern die Warndienste in der Einschätzung der Lawinengefahr unterstützt.