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Staublawinen - ja oder nein?
Von E. Rohrer
Alle als notwendig postulierten Beziehungen und auch solche, die genügend eingesehen werden, gelten in der Theorie als Gesetze, während ungenügend eingesehene, d.h., solche mit mehr vorläufigem Charakter als Regeln und schliesslich nur vereinzelt dastehende als Zufälle bezeichnet werden. Bei der Bezeichnung Zufall handelt es sich also um eine Frage der Einsicht, und man darf erwarten, dass mit dem Fortschreiten der Erkenntnis die Zufälle immer seltener werden.
Eine wissenschaftliche Erkenntnis kann nur durch zielbewusste Forschung erlangt werden, und jegliche spekulative Behauptung steht ihr im Wege.
Ein Ereignis wie der Niedergang einer Lawine kommt durch das Zusammenwirken verschiedener Einzelereignisse zustande, und eine Berechnung über die Wahrscheinlichkeit des Eintritts lässt sich nur dann anstellen, wenn man die Wahrscheinlichkeit aller Einzelereignisse kennt. Es ist uns vollkommen klar, dass wir heute vor einem Lawinenniedergang weder alle Einzelereignisse noch deren Wahrscheinlichkeit kennen, wir also weder Zeitpunkt, Art, Verlauf noch Wirkung berechnen können. Infolge der mangelnden Einsicht muss man von Zufällen, im besten Falle von Regeln sprechen. Wenn man noch 1950 in gewissen Kreisen, die mit dem Aufbau eines Lawinenwarndienstes beschäftigt waren, glaubte, überall und rechtzeitig die Gegenmassnahmen ergreifen zu können, so hat die Natur selbst im Januar und Februar daraufhin die Antwort klar und deutlich genug gegeben. Lawinen sind niedergegangen an Orten, die seit Hunderten von Jahren als lawinensicher galten, und auch in Ausmassen, die beinahe unvorstellbar waren. Es bestätigt uns dies erneut die ausserordentlich mangelhafte Einsicht in die Gesetzmässigkeiten.
Der Weg zur Erkenntnis geht nach Enriques über vier Etappen:
1. Ursprüngliche Beobachtungen und Erfahrungen, 2. Begriffliche Fassung derselben in Form einer Annahme, 3. Deduktion der Tatsachen auf empirischer Grundlage, 4. Verifikation der Hypothese.
Das heutige Stadium der Kenntnis der Staublawinen entspricht wohl erst der zweiten, zum Teil der dritten Stufe. Überhaupt fehlt in der neueren Nomenklatur die Bezeichnung Staublawine, nur im Volksmunde lebt sie weiter.
Die notwendige Schematisierung führte zu zwei Grundformen von Lawinen, nämlich der Lockerschnee- und Schneebrettlawine. Die allgemeinen Charakteristika der beiden Typen sind:
1. Die Lockerschneelawinen finden wir bei lockeren, kohäsionsarmen Schneearten. Sie zeigen keine eigentlichen Gleitbahnen, auf keinen Fall Blöcke oder Schollen in ihrem Kegel und besitzen in der Regel einen punktförmigen Anriss.
2. Die Schneebrettlawine erkennt man leicht an ihrem scharfen und zackigen Anriss sowie den Fließspuren und den Schollen und Blöcken beim Stau.
Eine Vereinfachung der Einteilung der verschiedenen Lawinen war unbedingt notwendig, doch zeigt sich heute, besonders nach zwei sehr schicksalsschweren Wintern ( 1950/51 und 1953/54 ), dass das Schema doch allzu einfach ist. Besonders einige grosse Schadenlawinen können nicht befriedigend eingereiht werden. Eine grosse Anzahl von Beobachtungen lässt es berechtigt erscheinen, Erweiterungen an diesem Schema vorzunehmen. Eine solche betrifft die Staublawine. Ich verzichte auf die Zitierung verschiedener Arbeiten über diese Lawinen, sondern werde anhand einiger Beobachtungen und praktischer Messungen versuchen, das Wesen der Staublawinen zu umreissen, möchte aber von vorneherein auch darauf verzichten, hier irgendwelche Gesetzmässigkeiten abzuleiten. Eine mathematische Auswertung der Messresultate an solchen Lawinen behalte ich mir vor und wird nach einigen Kontrollmessungen an geeigneter Stelle veröffentlicht werden.
/. Am Mutschen ( Alpstein 1942 ) Auf einer sehr gut haftenden Altschnee-Unterlage war durch einen Föhneinbruch, verbunden mit intensiver Sonnenbestrahlung und nachherigem Gefrieren, eine Schmelzharsch-decke entstanden. Der Zusammenbruch des Föhns brachte 60 bis 80 cm Neuschnee, und die starke Windströmung aus Nord-West verfrachtete einen grossen Teil der lockeren Massen. Auf dem Grat des Mutschen selbst und gegen die Kreuzberge hin bildete sich eine durchschnittlich 2 Meter hohe Wächte. An den steilen Hängen gegen das Rheintal war ein Teil des Schnees in Form stiebender Lawinen abgefahren. Eine Sprengladung von 250 g Telsit J in Wächtenlee geworfen verursachte den Abbruch einer Lawine, noch bevor die Detonation des Sprengmittels eintrat. Wir verspürten einen starken Zug, und auf einer Breite von 100 bis 150 Metern stürzte eine riesige Staubwolke talwärts über den Heuberg gegen den Schaf bergwald. Die Wolke wurde immer breiter und hob sich zusehends vom Hang ab in die freie Luft, so dass es nach ein paar Sekunden aussah, als ob Nebel vom Tale aufsteigen wollte. Wie eine Nebelbank lag der Schnee ruhig über dem Wald, und erst dann krepierte die Sprengladung. Um einen allfälligen Schaden feststellen zu können, stiegen wir anderntags von Sax her in den Schaf bergwald hinauf bis unter den Heuberg und mussten nun sehen, dass nirgends ein Lawinenkegel zu finden war. Der Wald hatte keinerlei Schaden erlitten, und nur durch Sondierungen konnte die Breite der abgefahrenen Schneemasse festgestellt werden. Der ganze abgerutschte Schnee hatte sich restlos von der Unterlage gelöst, war frei schwebend durch die Luft gefahren.
Die Verhältnisse bei einer solchen Lawine sind wesentlich verschieden gegenüber den genannten Grundtypen. Während wir es dort mit dem Strömen von Schneemassen mit zum Teil grosser Dichte zu tun haben, ist es hier eine Strömung der Luft vermischt mit Schnee. Die gesamte Schneemasse ist mit Luft innig vermischt, bildet ein Aerosol, kann mit einer Wolke aus Eiskristallen verglichen werden und besitzt natürlich durch den Umstand, dass sie frei durch die Luft daherkommt, eine wesentlich geringere Reibung. Wie bei einem einmaligen Luftstoss hatte sich dann der Druck ausgeglichen, und die Schneekristalle bzw. deren Bruchstücke haben in der Folge langsam, einzeln den Boden erreicht.
Man darf ruhig sagen, dass der Wald « unter » die Lawine gekommen ist, ohne dass an einem Baum auch nur ein Zweiglein geknickt worden war. Es ist daher möglich, dass eine solche Lawine über einen Wald hinwegfahren kann, ohne grössere Spuren zu hinterlassen, und dann unterhalb diesem im vermeintlichen Schutz liegende Gebäude beschädigen kann. Als solches Beispiel möchte ich die Lawine von Sulzbach kurz beschreiben.
2. Sulzbachlawine ( Sernftal 1954 ) Scheinbar durch den geschlossenen Wald herunter ist am 11. Januar abends um 18 Uhr eine mittlere Lawine niedergegangen. Ein Anriss konnte infolge des andauernden Schneefalls nicht festgestellt werden, er muss in der Gegend der Fahnen erfolgt sein. Eine Schädigung des Waldes ist nicht in merklichem Ausmass eingetreten. Einzelne Äste wurden gebrochen und einige Wipfel geknickt. Bei dem unterhalb des Waldes stehenden Stall des O. Rhiner wurde das Dach weggerissen und der übrige Bau übel zugerichtet. Einzelne Teile des Daches flogen über den Sernfbach bis zum « Strit », woselbst bei einem neueren, gut verschalten Stall auf dem Heu mehr als ein halber Meter Schnee abgelagert wurde. Eine Beschädigung dieses Gebäudes konnte zurzeit noch nicht festgestellt werden. Zwischen diesen beiden Ställen liegt ein dritter, welcher aber vollkommen unbeschädigt ist und bei dem auch nicht Lawinenschnee in merklicher Menge abgelagert wurde. Das Wohnhaus « Strit » ist von Lawinenschnee vollständig verpflastert worden.
Die Lawine hat hier den Wald übersprungen, ein Gebäude beschädigt und nachher ein folgendes Gebäude wieder übersprungen und ist schliesslich im Gegenhang zum Stillstand gekommen. Einen Lawinenkegel konnte man nicht feststellen, vielmehr ist ein sehr weites Gebiet mit Lawinenschnee gleichmässig überdeckt worden, wobei die grösste Tiefe 1 Meter nicht überstieg.
3. Il Fuorn ( 1951 ) Eine erste Lawine löste sich am Piz del Fuorn, oberhalb Dössot, überquerte den Ofenbach ( Ova del Fuorn ) 150 bis 200 Meter unterhalb des Hotels « II Fuorn » und verlief auf der Unken Talseite, ohne einen Staukegel zu hinterlassen. Gleitspuren waren keine festzustellen, und Holz wurde nachher nur sehr wenig gefunden. Bemerkenswert ist aber eine Beobachtung am Hotel. Auf der Seite gegen die Lawine konnten keinerlei Veränderungen festgestellt werden, hingegen war die abgekehrte Seite auf der ganzen Breite mit einer 10 bis 20 cm dicken Schneeschicht gleichmässig verklebt. Wie lässt sich das nun erklären?... Einzig mit einer Saugwirkung, analog dem Sog bei der Explosion grösserer Sprengstoffmengen, z.B. einer Flieger-bombe oder Mine. Eine solche Saugwirkung tritt nur dann auf, wenn ein Körper mit einer solchen Geschwindigkeit durch die Luft fährt und diese verdrängt, dass das umgebende Gas nicht nachzuströmen vermag. Der grösstmögliche Saugdruck ist deshalb nie grösser als der Druck der Atmosphäre. Dass aber schon ein relativ geringer Sogdruck eine ganz enorme zerstörende Wirkung haben kann, zeigen die Beobachtungen bei den Bombardierungen des letzten Krieges. Sehr häufig konnte dort festgestellt werden, dass der Saugdruck grössere Wirkung zeigte als der primäre und sekundäre Detonationsdruck.
4. Im Samnaun ( 1951 ) Im Jahre 1951 wurde bekanntlich das Samnaun durch den Niedergang mehrerer Lawinen abgeschnitten. Während der grösste Teil in Form von gemischten Lawinen mit Naßschnee grosse Staukegel errichtete und so die Strasse durch einige Meter hohe Dämme überlagerte, konnten bei verschiedenen Galerien eigenartige Beobachtungen gemacht werden. Das Gelände ist an diesen Stellen ausnahmslos ausserordentlich steil, felsig und mit etwas Wald durchsetzt. Bei den Galeriefenstern, über welche Lawinen hinuntergefegt waren, konnte man sehen, dass auf dem Boden, d.h. der Strasse, kein Schnee lag, hingegen klebte solcher an der Decke und der dem Fenster zugekehrten Seite in einer Dicke von 30 bis 40 cm. Der Schnee musste durch das Fenster in die Galerie gelangt sein, und zwar mit einer ganz bestimmten Strömung, nämlich der eines Wirbels. Aus der Theorie der Strömung wissen wir, dass eine solche bei flüssigen und gasförmigen Stoffen bis zu einer gewissen, von verschiedenen Faktoren abhängigen Geschwindigkeit schichtförmig, laminar verläuft. Erst beim Überschreiten dieser Geschwindigkeitsgrenze geht sie in eine turbulente über. Mit der Turbulenz ist auch eine Änderung der Rei-bungs- und Druckverhältnisse verbunden. Solche Wirbel können ausserordentlich kräftig sein, wie auch das Beispiel am Ofenpass zu zeigen vermag.
5. Ova dal Sagt ( Ofenpass 1951 ) Nachdem schon zwei Lawinen hintereinander durch den gefürchteten Zug beim Wasserfall gekommen und sechs Mann begraben hatten, wurde eine nächtliche Rettungsgruppe um ca. 22.30 Uhr von der dritten überrascht. Dabei konnte E. Thut aus Zuoz nach einer halben Stunde nur noch als Leiche geborgen werden. Die Lawine war wie die Vorläufer in den Kessel gestürzt, und an der steilen Gegenflanke teilte sich der Druck. Rund ein Drittel wurde flussaufwärts, zwei Drittel flussabwärts abgelenkt. Der grösste Teil strömte gegen die wegmarschie-rende Rettungskolonne, von welcher der hinterste Mann ( Thut ) einige Meter rückwärts ( flussaufwärts ) gerissen und nur wenig tief begraben wurde. Der zweite Mann ( Merk mit Lawinenhund ) wurde an Ort und Stelle zugedeckt, konnte aber rasch wieder befreit werden. Die Tatsache, dass E. Thut einige Meter rückwärts, d.h. gegen die Lawine geschleudert wurde, beweist die enorme Wucht der selbst seitlich an der Lawine auftretenden Wirbel.
Bei diesen fünf Beispielen handelt es sich um Lawinen, welche gegenüber den normalen Lockerschnee- oder Schneebrettlawinen wesentliche Unterschiede zeigen. Das Hauptmerkmal ist ihre Geschwindigkeit, und die meisten übrigen Erscheinungen lassen sich darauf zurückführen. Man kann mir hier wohl einwenden, dass dies kein Argument sei, um für diese eine spezielle Bezeichnung einzuführen. Der Anriss, ein wesentlicher Punkt für die Einordnung, ist derselbe, und der Umstand, dass die Bahn keine typischen Spuren hinterlässt, trifft mindestens teilweise auch für die Lockerschneelawinen zu. Ein Auto ist ein Auto, ob es langsam oder schnell fährt.
Nun aber spielt die Geschwindigkeit überall dort, wo zwei Körper zusammentreffen, z.B. beim Zusammenstoss zweier Fahrzeuge, bei der Begrüssung einer Mauer durch ein Fahrzeug, beim Aufschlagen eines Geschosses usw. eine für die Wirkung ausschlaggebende Rolle. Selbst beim Wind begnügt man sich nicht mit einer Angabe der Richtung und Temperatur, sondern misst seine Geschwindigkeit entweder mit Anemometern oder teilt seine Stärke nach seiner Wirkung ein. Wieso soll man nicht bei Lawinen ebenfalls den Faktor Geschwindigkeit für die Einteilung wenigstens bis zu einem gewissen Grade benutzen? Er ist für die Wirkung auch hier von allergrösster Bedeutung.
Als Staublawinen bezeichne ich diejenigen, bei welchen der Schnee dank seiner Geschwindigkeit mit der Luft ein Gemisch im Sinne eines Aerosols bildet und dann als solches talwärts stürzt. Die kritische Geschwindigkeit, bei welcher dies eintritt, ist, wie wir noch sehen werden, nicht leicht festzustellen. Schwierig ist es, bei niedergegangenen Lawinen nachträglich die Geschwindigkeit zu ermitteln, wenn man keine Vergleichsbeobachtungen hat. Es sind vorerst Messungen und ganz genaue Untersuchungen an den Lawinen erforderlich, um hier einen kleinen Einblick zu erhalten. Bei solchen Messungen liegt die Hauptschwierigkeit im Auffinden eines geeigneten Geländes, bei welchem es unter Umständen möglich ist, mehrere gleichartige Lawinen hintereinander auszulösen, und bei welchen kein Sachschaden entsteht. Seit einigen Jahren mache ich derartige Messungen im Calfeisental, auf Grossalp sowie im übrigen Ringelgebiet, der Alp Tersol und in Zanay.
Die Geschwindigkeit einer Schneemasse, bei welcher sie in eine Staublawine übergeht, ist ausserordentlich stark von der Schneebeschaffenheit abhängig. Dementsprechend ist auch die Geschwindigkeit der Lawinen selbst bei weitem nicht immer gleich oder etwa innerhalb enger Grenzen. Die langsamste Staublawine habe ich bis heute in der Alp Tersol mit 85 km/h gemessen, die schnellste mit 305 km/h am Trinserhorn gegen Sardona. Bei den grossen Schadenlawinen ist es eine ausgesprochene Seltenheit, wenn man sie messen kann. Sie erscheinen meist noch während des Schneefalls, wenn die Sicht sehr begrenzt ist, und ausserdem weiss man ja nie, wann sie kommen. Auch in der Nacht ist ein Messen schwierig. 1951 habe ich zur Sicherung des Bahnverkehrs im Val Raschitsch eine sehr grosse Staublawine abgeschossen. Auf ihrem Weg zum Talboden riss sie rund 1500 Festmeter Holz mit sich. Sie erreichte eine maximale Geschwindigkeit von 290 km/h. Wie man aus dem im Film festgehaltenen Verlauf sehen kann, war ihre Geschwindigkeit bei weitem nicht überall dieselbe. Ganz allgemein ist sie im untern Teil langsamer geworden, dafür aber viel breiter.
STAUBLAWINEN- JA ODER NEIN?
Damit ein Aerosol entstehen kann, muss die Schneemasse in die einzelnen Teilchen, die Kristalle, zerlegt werden, was natürlich um so leichter geht, je geringer die Kohäsion ist. Ebenso ist für die Emulgierung auch die Grösse und das Gewicht der Einzelteilchen wichtig. Je kleiner und spezifisch leichter die Partikelchen sind, desto schneller entsteht eine Staublawine. Ausserdem ist das Aerosol um so stabiler, je geringer die Differenz des spezifischen Gewichtes zwischen fester und gasförmiger Phase ist. Aus der Erfahrung in der Technologie der Emulgierung wissen wir, dass zur Erlangung einer schnellen und gleichmässigen Vermischung zweier Systeme eine Durchwirbelung notwendig ist. Praktisch alle rapid wirkenden Mischvorrichtungen und ganz besonders die Einrichtungen zur Homogenisierung werten den Effekt der Turbulenz aus. Bei den Staublawinen scheint dasselbe der Fall zu sein.
Wir verfolgen vorerst die Erscheinungen bei Lockerschneelawinen, welche dann in Staublawinen übergegangen sind. Die Lawinen wurden durch Handsprengungen am Grat des Sazmartinhorns losgelöst. Die verschiedenen Lawinenzüge sind vorerst schmal, werden nach unten breiter und sind in der Regel beidseits durch Felsrippen begrenzt, welche eine Beobachtung von der Seite auf fast beliebiger Höhe gestatten, ohne dass das Schneefeld bzw. seine Struktur verletzt wird. Ebenfalls können Messgeräte ohne grosse Schwierigkeiten aufgestellt und überwacht werden; dann lassen sich bequem auch Färbungen und dergleichen ausführen.
Versuche A Das Raum- und Schichtprofil zeigt die Schneeverhältnisse. Um die Strömungsverhältnisse besser verfolgen zu können, wurden parallele Streifen von verschiedenen Farbstoffen in der Fahrtrichtung der Lawine angebracht. 250 Meter unterhalb der Sprengstelle befand sich der Beobachtungsstand. Hier wurden T=Temperatur-°C 1413121110 9 8 7 I i I i f I T "
Schneehöhe in cm 4 31I - 40- zur Messung des Druckes an einem quergespanntenDrahtseilanFedern 110 bekannten Widers tandesPlatten von ~*1301 dm2 rechtwinklig zur Strömungs- richtung in den Schnee gesteckt. Eine einfache Ausziehvorrichtung gestattete die Ablesung des Druckes nach dem Niedergang der Lawine und zeigte somit den Höchstdruck an. Photographisch wurde der Auszug im Moment des Durchganges der Lawine erfasst, und so konnte man grob die Druckverhältnisse der Lawinefesthalten.DieGeschwindig-keit der Schneemasse wurde durch Feststellung der Durchlaufzeit einer ausgemessenen Strecke ermittelt.
Durch Sprengung von 80 g Altorfit A auf der Schneeoberfläche wurde die Schneemasse gelöst. In Form einer Lockerschneelawine fuhr sie talwärts. Die Auswertung Rammwiderstand in kg Profil bei Versuchen A der Färbungen hat ergeben, dass es sich bei der Strömung praktisch STAUBLAWINEN - JA ODER NEIN?
um eine reine Schicht- oder Laminarströmung gehandelt hat. Der Druckverlauf über den Querschnitt zeigte einen beinahe parabelförmigen Verlauf. Von einer Staubbildung konnte nicht gesprochen werden, die ganze Schneemasse glitt auf der Unterlage und bildete im Tal einen typischen Kegel ohne Schollen oder Blöcke, war aber mehr oder weniger scharf umrissen. Die Gleitbahn konnte gut verfolgt werden, der Übergang von der Lawine zum ungestörten Schnee erfolgte auf einer Breite von höchstens einem Meter. Die mittlere Geschwindigkeit dieser Lawine betrug 32 km/h. Analoge Verhältnisse wurden bei drei weitern Lockerschneelawinen erhalten.
Versuche B Zwei Jahre nach den Versuchen A waren die Verhältnisse in derselben Gegend für die Ablösung von Lawinen noch günstiger ( vgl. Profile ). Im wesentlichen wurden die gleichen Anordnungen getroffen. Die Druckmessungen erfolgten aber an drei Stellen: 100, 200 und 300 Meter vom Anriss entfernt. Mit einem feinen Draht wurde die Federspannung der einzelnen Druckmessplatten auf Hebel mit Schreibvorrichtung übertragen. So konnte der Verlauf des Druckes über die ganze Lawine einigermassen erfasst werden. Die Geschwindigkeit wurde wiederum aus der Durchlaufzeit einer bekannten Strecke errechnet.
Das Loslösen der Lawine erfolgte durch Sprengung mit 100 g Trisol, 50 cm über der Schneedecke. Die Auswertung der Färbung ergab bis 110 Meter von der Anrißstelle weg eine laminare Strömung, dann ist sie praktisch plötzlich Schneehöhe in cm T=Temperatur —°C in eine wirbeiförmige, die turbulente übergegangen und als solche talwärts gefahren. Bei der ersten. 1211 10 9 8 7 6 5 4 I > I Meßstelle lagen die Verhältnisse wie bei den Versuchen A, bei der zweiten hingegen stark verschieden, und die dritte wurde weggerissen. Der Übergang von der typisch laminaren Strömung in eine praktisch rein turbulente erfolgte auf einer Strecke von nur 30 Metern. Gleichzeitig mit dem Eintritt der veränderten Strömungsart trat auch eine starke Staubentwicklung auf. Bei der zweiten Meßstelle konnte auch ein eigenartiger Verlauf des Druckes festgestellt werden. Ein Unterdruck liess sich durch diese Messanordnung nicht erfassen. Die Lawine wuchs rasch in die Breite und erfüllte den ganzen Talboden mit einem gleichmässigen Staub. Von der zweiten Meßstelle an waren keine Farbstreifen mehr zu erkennen. Der Talboden zeigte keinen eigentlichen Lawinenkegel, sondern die Schneemassen hatten sich über ein weites Gebiet gleichmässig verteilt. Die Farbstoffe wurden ausserordentlich gut durchmischt und liessen sich im gesamten Lawinenschnee in gleicher Konzentration nachweisen. Die mittlere Geschwindigkeit dieser Lawine bei der dritten Meßstelle betrug IMkm/h.AuchkonntevonderzweitenMeßstellean nur noch ein ganz allmählicher Übergang von der Bahn zum ungestörten Schneefeld erkannt werden.
70 L150 140 Filziger, „ 130 weicher Neuschnee -110 — 1009080 Reif- kristalle,70 qross — 60 ~ 50 Harter Aitschnee, ~ 40fejnkörnig i— 30 R = Rammwiderstand in kg Profil bei Versuchen B Wiederholungen dieses Versuches zeigten mit nur geringen Abweichungen dieselben Verhältnisse, und ich erachte es als angebracht, dass bewegte Schneemassen mit turbulenter Strömung als Staublawinen bezeichnet werden, denn sie sind wirklich eine Besonderheit. Eine Abgrenzung von den übrigen Grundtypen ist auf einfache Weise möglich.