Forscher in der Schweiz und den USA haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Schneebrettlawinen an schneebedeckten Berghängen entstehen, und die Vorhersagen zweier konkurrierender Theorien in Einklang gebracht. Angeführt von Johann Gaume An der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) zeigte das Team anhand von Berechnungen, Computersimulationen und Beobachtungen von echten Schneebrettern, dass die für den Schneefall verantwortlichen Risse durch ähnliche Mechanismen gebildet werden wie bei Blattrutscherdbeben. Das Ergebnis könnte die Vorhersage erleichtern, wann und wo sich Lawinen bilden werden.
Lawinen können durch eine Vielzahl möglicher Mechanismen ausgelöst werden, von denen viele von bestimmten Bedingungen wie losem, nassem oder pulvrigem Schnee abhängen. Bei Schneebrettlawinen beginnt das mechanische Versagen in schwachen, hochporösen Schneeschichten, die unter frischen, kohäsiveren Schichten begraben wurden.
An steilen Berghängen kann das Gewicht dieses neueren Schnees die Reibung zwischen den beiden Schichten überwinden. Dabei bilden sich in der oberen Schicht breite Brüche, die sich mit Geschwindigkeiten von über 150 m/s entlang der Bergflanke ausbreiten – wodurch festsitzende Schneeplatten abrutschen und abbrechen.
Konkurrierende Theorien und Mechanismen
Wissenschaftler haben zwei konkurrierende Theorien über die Natur dieses Freisetzungsmechanismus entwickelt. Die erste legt nahe, dass die schwache Schneeschicht unter der von der oberen Schicht ausgeübten Scherspannung versagt. Die zweite argumentiert, dass ein Kollaps in der porösen Struktur der unteren Schicht der Hauptschuldige ist.
Obwohl Experimente im kleinen Maßstab den ersten Mechanismus zu bestätigen scheinen, breiteten sich die Risse, die in diesen früheren Studien auftraten, viel langsamer aus, als dies bei echten Schneebrettlawinen der Fall war. Basierend auf diesen Beweisen schlägt Gaumes Team vor, dass keiner der Mechanismen die alleinige Verantwortung trägt: Vielmehr durchlaufen die sich verschiebenden Schneeschichten einen Übergang von einem Mechanismus zum anderen.
Um ihre Theorie zu testen, konstruierten die Forscher eine groß angelegte Simulation der beiden Schichten und modellierten die Ausbreitung von Rissen in der oberen Schicht während eines Übergangs zwischen den beiden Mechanismen. Anschließend verglichen sie ihre gemessenen Ausbreitungsgeschwindigkeiten mit denen, die in Videoaufnahmen von echten Schneebrettern beobachtet wurden.
In ihren genauesten Simulationen stellte das Team fest, dass sich Risse zu bilden begannen, als die poröse untere Schicht unter dem Gewicht von Neuschnee zerquetscht wurde, wie die zweite Theorie nahelegt. Als dies geschah, übernahm jedoch der Einfluss der Scherkraft zwischen den Schichten und leitete die Rissbildung über den bevorzugten Mechanismus der ersten Theorie ein.
Eislawine dringt in das Labor ein
Diese durch Scherung verursachten Risse breiteten sich anschließend entlang von Brüchen aus, die bereits durch den zweiten Mechanismus gebildet wurden, wodurch sie sich viel schneller fortbewegen konnten, als wenn sie sich durch strukturell unbeschädigten Schnee ausbreiten würden. In den Simulationen des Teams ahmten diese Ausbreitungen die in echten Lawinen beobachteten stark nach.
Gaume und Kollegen sagen, dass die Erkenntnisse in ihrer Studie, die in veröffentlicht wurde Natur, könnte dazu beitragen, die Genauigkeit von Lawinenvorhersagesystemen zu verbessern, sodass Berggemeinden und Skigebiete die von ihnen ausgehenden Risiken besser einschätzen können. Die von ihnen entdeckten Mechanismen haben auch frappierende Ähnlichkeiten mit Blattrutschbeben – was bedeutet, dass weitere Forschungen ähnlich wichtige Erkenntnisse für Seismologen liefern könnten.
