Forskare i Schweiz och USA har fått nya insikter om hur laviner börjar på snöiga bergssidor, vilket förenar förutsägelserna från två konkurrerande teorier. Ledd av Johan Gaume vid École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) använde teamet beräkningar, datorsimuleringar och observationer från verkliga laviner för att visa att sprickorna som är ansvariga för den fallande snön bildas av mekanismer som liknar dem som finns i jordbävningar. Resultatet kan göra det lättare att förutse när och var laviner kommer att bildas.
Laviner kan utlösas av en mängd olika möjliga mekanismer, av vilka många är beroende av specifika förhållanden som lös, våt eller pudrig snö. I platta laviner börjar mekaniska fel inom svaga, mycket porösa lager av snö som har begravts under färska, mer sammanhängande lager.
På branta bergssluttningar kan vikten av denna nyare snö övervinna friktionen mellan de två lagren. När detta händer bildas breda sprickor i det övre lagret och fortplantar sig längs bergssidan med hastigheter över 150 m/s – vilket gör att plattor av sammanhängande snö glider och bryts loss.
Konkurrerande teorier och mekanismer
Forskare har utvecklat två konkurrerande teorier om arten av denna frisättningsmekanism. Den första antyder att det svaga snölagret misslyckas under skjuvspänningen som det övre lagret ger. Den andra hävdar att en kollaps i det nedre lagrets porösa struktur är den främsta boven.
Även om småskaliga experiment tycks validera den första mekanismen, spred sig sprickorna som uppträdde i dessa tidigare studier mycket långsammare än vad som var fallet i riktiga laviner. Baserat på dessa bevis, föreslår Gaumes team att ingen av mekanismerna har ensamt ansvar: snarare genomgår de skiftande snölagren en övergång från den ena mekanismen till den andra.
För att testa sin teori, konstruerade forskarna en storskalig simulering av de två lagren och modellerade spridningen av sprickor i det övre lagret under en övergång mellan de två mekanismerna. De jämförde sedan deras uppmätta utbredningshastigheter med de som observerades i videoinspelningar av riktiga laviner.
I sina mest exakta simuleringar fann teamet att sprickor började bildas när det porösa nedre lagret krossades under tyngden av nyare snö, vilket den andra teorin föreslår. När detta skedde tog emellertid inverkan av skjuvkraften mellan skikten över, vilket initierade sprickbildning via den första teorins föredragna mekanism.
Is lavin kommer in i labbet
Dessa skjuvningsinducerade sprickor fortplantade sig sedan längs sprickor som redan bildats av den andra mekanismen, vilket gör att de kan resa mycket snabbare än om de fortplantade sig genom strukturellt oskadad snö. I lagets simuleringar efterliknade dessa utbredning nära de som observerades i verkliga laviner.
Gaume och kollegor säger att insikterna i deras studie, som publiceras i Natur, skulle kunna bidra till att förbättra noggrannheten hos lavinprognossystem, vilket gör det möjligt för bergssamhällen och skidorter att bättre utvärdera de risker de utgör. De mekanismer de har avslöjat har också slående likheter med jordbävningar - vilket innebär att ytterligare forskning kan ge lika viktiga insikter för seismologer.
