«Kleine Revolution» bei Erforschung von Schneebrett-Lawinen

Forschern der EPFL und des Lawinenforschungsinstituts SLF ist mit neuartigen Computersimulationen ein Durchbruch beim Verständnis der Entstehung von Schneebrett-Lawinen gelungen. Die neuen Erkenntnisse sollen den Weg ebnen für eine effektivere Risikovorhersage.

Vereinfacht gesagt fanden die Lawinenforscher heraus, dass schon ab einer Anrissgrösse von wenigen Metern die Lawine allein durch das Gewicht des Schneebrettes entsteht.

«Wenn die Ausbreitungsdistanz eine bestimmte Länge von rund 3 bis 5 Metern überschreitet, wird die Zugkraft des Schneebretts zum einzigen Antrieb des Vorgangs», schrieben die École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL und das WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF am Montag in einer Mitteilung. Die erwähnte Zugkraft entsteht dabei durch die Masse des Schneebretts und die Schwerkraft.

Der Vorgang führt zu einem Bruch der unter dem Schneebrett liegenden Schwachschicht durch Scherung. Der Vorgang ähnelt dem Bruch, der bei seltenen Erdbeben grosser Magnitude zu beobachten ist, dem sogenannten Supershear-Ausbreitungsmodus.

Die Ergebnisse wurden gerade erst von der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht. Die Entdeckung möge als «kleine Revolution in einem Nischenbereich» erscheinen, schrieben die Lawinenforscher. Sie offenbare jedoch den Beitrag, «den die gewaltigen, heute verfügbaren Rechenkapazitäten zur besseren Beobachtung komplexer physikalischer Phänomene leisten können.»

Eine Schneebrettlawine kann entstehen, wenn eine dichte Schneeschicht auf einer stark ungebundenen Schwachschicht liegt. Entsteht eine Lawine, etwa durch einen Skifahrer, bricht die Schwachschicht ein und das Schneebrett verliert seinen Halt.

Bisher gingen die Lawinenforscher davon aus, dass die Biegung des Schneebretts eine der treibenden Kräfte für die Ausbreitung des Bruchs ist. Dieser Erkenntnisstand beruhte auf Experimenten und numerischen Simulationen mit Schneebrettlängen von weniger als zwei Metern.

Die neue Entdeckung gelang, als die Forscher am Computer viel grössere Schneebretter modellierten mit einer Grösse um die hundert Meter. Ein glücklicher Zufall ermöglichte dann die Validierung des Computer-Modells durch die Auswertung der Videoaufnahme eines Schneebrettabgangs mit der neuesten Bildanalysetechnik.

Zu Gute kam den Wissenschaftlern, dass die Aufnahme von hoher Qualität war, da sie bei Dreharbeiten für einen Snowboard-Film entstand. Der gefilmte Profi-Snowboarder war Mathieu Schaer, ein ehemaliger Student der Umweltingenieurwissenschaften der EPFL. Er entkam dem Schneebrett und liess das Video den Lawinenforschern zukommen.

Später bestätigten vier echte Lawinen den neu entdeckten Übergang vom Anticrack-Modus zum Supershear-Ausbreitungsmodus. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse entwickelt das SLF nun in Davos eine Versuchsanordnung in grösserem Massstab, um den Ablauf noch besser zu verstehen.

Die Lawinenforscher erwarten, dass weitere Ergebnisse zu einfacheren numerischen Modellen führen werden. Die Rechenzeiten für die Lawinenmodellierung sollen sich damit «drastisch von mehreren Tagen auf wenige Minuten» reduzieren. Mit dem neuen Modell soll etwa die Grösse potentieller Lawinen abgeschätzt werden können, ein entscheidender Parameter für die Risikovorhersage.

Sperrfrist Montag, 25. Juli 2022, 17:00 Uhr