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Entstehung von Lawinen

Lawinen sind eine der bedeutendsten Naturgefahren in den schneebedeckten Gebirgen der Welt – so auch im dicht besiedelten Alpenraum. Die Entstehung von Lawinen hängt wesentlich von den Eigenschaften der Schneedecke ab. Die komplexe Mikrostruktur des Schnees und die räumlichen Variationen der Schichteigenschaften setzt dabei der Vorhersagbarkeit von Lawinen Grenzen.

Lockerschneelawine
Lockerschneelawine mit punktförmigem Anriss.

Lawinen bedrohen Verkehrsverbindungen und Siedlungen, aber auch Touristen im winterlichen Gebirge. Im langjährigen Durchschnitt kommt es jährlich zu rund 110 Lawinenopfern im Europäischen Alpenraum. Grosse Anstrengungen beim Lawinenschutz – vor allem in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts – haben dazu geführt, dass verheerende Lawinenniedergänge, die Opfer auf Verkehrswegen oder in Siedlungen fordern, glücklicherweise nur mehr relativ selten vorkommen. Die meisten Lawinenopfer sind heute Schneesportler, die „ihre“ Lawine oft selbst ausgelöst haben.

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten von Lawinen: Lockerschneelawinen, die von einem Punkt ausgehen, und Schneebrettlawinen, bei denen eine ganze Schneetafel gleichzeitig ins Rutschen kommt. Lockerschneelawinen sind meist harmlos; gross und gefährlich werden hingegen die Schneebrettlawinen. Schneebrettlawinen entstehen auf Hängen, die steiler als rund 30 Grad geneigt sind. Die Schneedecke ist als Folge von verschiedenen Niederschlagsereignissen geschichtet. In Schönwetterperioden beeinflusst das Wetter die Schneeoberfläche. Es kann sich Oberflächenreif bilden, oder die Schneeoberfläche kann sich anderweitig so ungünstig umwandeln, dass die durch den nächsten Schneefall abgelagerte Schicht keinen genügenden Halt findet. Diese Situation ist häufiger in sehr steilen Schattenhängen anzutreffen.

Schneebrett
Grosse trockene Schneebrettlawine mit linienförmigen Anriss.

Gleitet diese Schneeschicht – das Schneebrett – von selbst ab, spricht man von einer spontanen Auslösung. Kann sich zum Beispiel während eines starken Schneefalls der Schnee nicht genügend verfestigen und mit der darunter liegenden Schneeschicht verbinden, so kann es zum Bruch innerhalb der Schneedecke kommen. Ähnlich wie bei anderen quasi-spröden Materialen kann es bei Überlastung ausgehend von natürlichen Schwachstellen in der Schneedecke zu einem Schädigungsprozess kommen. Dadurch entstehen am Rand des geschädigten Bereichs immer grössere Spannungsspitzen und die Schädigung wird grösser. Schliesslich, wenn der geschädigte Bereich gross genug wird, entsteht – entlang einer Schichtgrenze – ein sich schnell ausbreitender Bruch. Innerhalb weniger Sekunden können sich grosse Hangteile ablösen (Bruchgeschwindigkeit um die 20 m/s) und nach dem Zugbruch am oberen Rand abgleiten. Die Schneetafel zerbricht und donnert mit schnell zunehmender Geschwindigkeit zu Tale. Trockene Schneebrettlawinen, die sich vor allem fliessend fortbewegen, erreichen Geschwindigkeiten von 50-100 km/h. In sehr steilem Gelände kann sich aus einer trockenen Schneebrettlawine während des Absturzes eine Staublawine entwickeln, die 200-300 km/h schnell werden kann.

Bruchzähigkeit von Schnee
Experimentelle Bestimmung der Bruchzähigkeit von Schnee im Kältelabor.

Auch wenn die Schwachschicht unter dem Schneebrett das Gewicht der darüberliegenden Schichten zu tragen vermag, so kann sie immer noch über längere Zeit nach dem Schneefall schwach genug sein, dass ein Schneesportler lokal einen Bruch erzeugen kann, der dann zum Abgleiten der ganzen Schneetafel und damit oft zur Verschüttung des Schneesportlers führt. In diesem Fall spricht man von einer künstlichen Auslösung, die auch gewollt durch den Einsatz von Sprengstoff zur Sicherung von Skigebieten eingesetzt wird.

Aufgrund der Topographie und der Wechselwirkung von Gelände und Wetter (Strahlung, Wind etc.) können die Eigenschaften der Schneedecke räumlich und zeitlich stark variieren. Es ist daher bis heute nicht möglich, den genauen Ort und Zeitpunkt eines Lawinenniederganges zu prognostizieren. Allerdings ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit eines Abganges abzuschätzen. Darauf beruht die Lawinenwarnung. 

Schneedeckenvariabilität
Feldmessungen zur Bestimmung der flächigen Variabilität der Schneedeckeneigenschaften.

Zwar kann der Schichtaufbau der Schneedecke als Folge des Wetters (Niederschlag, Strahlung etc.) heute mit hinreichender Genauigkeit modelliert werden, aber die vor allem als Folge der komplexen Mikrostruktur noch ungenügend bekannten Brucheigenschaften von Schnee und die flächige Variabilität der Schichteigenschaften, die zu einem gewissen Grade chaotisch ist, setzen einer genauen Prognose Grenzen. Im vielfältig instrumentierten Versuchsgebiet Wannengrat oberhalb von Davos werden u. a. die Ursachen der Schneedeckenvariabilität und die Wechselwirkung zwischen Variabilität und Lawinenbildung untersucht – mit dem Ziel letztlich die Lawinenwarnung zu verbessern.