Onderzoekers in Zwitserland en de VS hebben nieuwe inzichten gekregen in hoe plaatlawines beginnen op besneeuwde berghellingen, en hebben de voorspellingen van twee concurrerende theorieën met elkaar verzoend. Geleid door Johan Gaume aan de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), gebruikte het team berekeningen, computersimulaties en observaties van echte plaatlawines om aan te tonen dat de scheuren die verantwoordelijk zijn voor de vallende sneeuw worden gevormd door mechanismen die vergelijkbaar zijn met die gevonden in aardbevingen met slag-slip. Het resultaat kan het gemakkelijker maken om te voorspellen wanneer en waar lawines zullen ontstaan.
Lawines kunnen worden veroorzaakt door een verscheidenheid aan mogelijke mechanismen, waarvan vele afhankelijk zijn van specifieke omstandigheden zoals losse, natte of poedersneeuw. Bij plaatlawines begint mechanisch falen in zwakke, zeer poreuze sneeuwlagen die zijn begraven onder verse, meer samenhangende lagen.
Op steile berghellingen kan het gewicht van deze nieuwere sneeuw de wrijving tussen de twee lagen overwinnen. Wanneer dit gebeurt, vormen zich brede breuken in de bovenste laag en planten zich voort langs de berghelling met snelheden van meer dan 150 m/s, waardoor plakken samenhangende sneeuw wegschuiven en wegbreken.
Concurrerende theorieën en mechanismen
Wetenschappers hebben twee concurrerende theorieën ontwikkeld over de aard van dit afgiftemechanisme. De eerste suggereert dat de zwakke sneeuwlaag bezwijkt onder de schuifspanning die wordt veroorzaakt door de bovenste laag. De tweede stelt dat een ineenstorting van de poreuze structuur van de onderste laag de belangrijkste boosdoener is.
Hoewel kleinschalige experimenten het eerste mechanisme lijken te valideren, verspreidden de scheuren die in deze eerdere onderzoeken naar voren kwamen zich veel langzamer dan het geval was bij echte plaatlawines. Op basis van dit bewijs suggereert het team van Gaume dat geen van beide mechanismen de enige verantwoordelijkheid draagt: in plaats daarvan ondergaan de verschuivende sneeuwlagen een overgang van het ene mechanisme naar het andere.
Om hun theorie te testen, construeerden de onderzoekers een grootschalige simulatie van de twee lagen en modelleerden ze de voortplanting van scheuren in de bovenste laag tijdens een overgang tussen de twee mechanismen. Vervolgens vergeleken ze hun gemeten voortplantingssnelheden met die waargenomen in video-opnames van echte plaatlawines.
In hun meest nauwkeurige simulaties ontdekte het team dat er scheuren begonnen te ontstaan toen de poreuze onderste laag werd verpletterd onder het gewicht van nieuwere sneeuw, zoals gesuggereerd door de tweede theorie. Toen dit echter gebeurde, nam de invloed van de schuifkracht tussen de lagen het over, waardoor scheurvorming in gang werd gezet via het voorkeursmechanisme van de eerste theorie.
IJslawine komt het lab binnen
Deze door schuifkrachten veroorzaakte scheuren verspreidden zich vervolgens langs breuken die al door het tweede mechanisme waren gevormd, waardoor ze veel sneller konden reizen dan wanneer ze zich door structureel onbeschadigde sneeuw zouden voortplanten. In de simulaties van het team leken deze propagaties nauw op die waargenomen in echte lawines.
Gaume en collega's zeggen dat de inzichten in hun onderzoek, dat is gepubliceerd in NATUUR, zou kunnen helpen om de nauwkeurigheid van lawinevoorspellingssystemen te verbeteren, waardoor berggemeenschappen en skiresorts de risico's die ze vormen beter kunnen inschatten. De mechanismen die ze hebben blootgelegd, hebben ook opvallende overeenkomsten met aardbevingen met staking-slip - wat betekent dat verder onderzoek seismologen even belangrijke inzichten zou kunnen bieden.
