WSL-Institut für Schnee-und Lawinenforschung SLF

Lawinen: Wann das Kartenhaus kollabiert

Während die grundlegenden Materialgesetze für Stahl und Beton bereits vor über einem Jahrhundert etabliert wurden, geben Schwachschichten im Schnee bis heute Rätsel auf – über ihr Versagen kursieren zwei Theorien. Die neue SLF-Studie zeigt nun eine klare Tendenz.

  • Grundlagenwissen zu Schwachschichten: Aktuelle Tests zeigen, wie gross Druck- und Scherkräfte sein müssen, damit in einer Schwachschicht ein Bruch entsteht.
  • Analyse im Labor: Die Tests verfeinern das Materialgesetz – die Basis aller physikalischen Berechnungen – von Schwachschichten und können die Lawinenprognose verbessern.
Ein Wissenschaftler in einer bunten Winterjacke arbeitet an einem Gerät, das eine Schneeprobe drückt. Er trägt Handschuhe und eine Mütze, während er konzentriert die Maschine bedient. Der Hintergrund zeigt eine Laborausrüstung.
Die grundlegenden Materialgesetze für Stahl und Beton wurden bereits vor über einem Jahrhundert etabliert, Schwachschichten im Schnee hingegen geben bis heute Rätsel auf – und werden etwa von SLF-Doktorand Jakob Schöttner im Kältelabor in Davos untersucht. (Foto: Delia Landolt / SLF)

Als Kartenhaus werden sie beschrieben, das durch zu viel Belastung in sich zusammenbricht: die Schwachschichten, die zu Schneebrettlawinen führen können. Bisher war nur unzureichend geklärt, welche Kräfte sie brechen lassen. Neue Erkenntnisse von SLF-Forschenden bieten nun aktuelle experimentelle Grundlagen für die Basis von Lawinenmodellen. Dafür haben die Forschenden die Schwerkraft, wie sie auf die Schneedecke am Hang wirkt, im Labor nachgestellt: Zum einen die Normalkraft, die senkrecht auf den Hang wirkt. Zum anderen die Scherkraft, die parallel zum Hang wirkt und mit zunehmender Hangneigung zunimmt.

In der Lawinenforschung treffen dazu seit den 1970er-Jahren zwei Meinungen aufeinander, 20 Studien wurden schon dazu publiziert. Eine Theorie besagt, dass bei zunehmender senkrechter Kraft auch die erforderliche Kraft parallel zum Hang zunimmt. Die andere besagt, dass es bei mehr Druck von oben schon bei geringerer Scherbelastung zum Bruch kommt. Für diese Theorie sprechen nun auch Jakob Schöttners Ergebnisse. Der Schneemechanik-Doktorand am WSL-Institut für Schnee und Lawinenforschung SLF erklärt: «Druck macht die Schneedecke nicht stabiler, sondern beide Kräfte gemeinsam führen zum Versagen der Schwachschicht.»

Drei kubische Objekte mit unregelmäßigen, strukturierten Oberflächen, die an organische oder mineralische Formen erinnern. Die Objekte unterscheiden sich in ihrer Textur und Erscheinung, wobei die mittlere Fläche an mehreren Stellen geschält oder zerbrochen scheint. Alles ist in verschiedenen Schattierungen von Grau gehalten.
Am Flüelabach in Davos wachsen sie besonders gut: Diese drei Schwachschichten aus eingeschneitem Oberflächenreif hat SLF-Doktorand Jakob Schöttner im Labor unter Druck und Scherung getestet. Trotz unterschiedlicher Dichte zeigten sie alle ein vergleichbares Verhalten. (Bilder: Jakob Schöttner / SLF)

Schnee unter Druck gesetzt

Um herauszufinden, wie diese Anteile von Druck- und Scherkräften zusammenwirken, hat Jakob Schöttner im Kältelabor 63 Proben von drei natürlichen Schwachschichten aus eingeschneitem Oberflächenreif unter kombinierter Druck- und Scherbelastung untersucht. Dabei hat er mit einer Hochgeschwindigkeitskamera festgehalten, wann die Schichten brechen. Seine Erkenntnisse verfeinern das Materialgesetz – die Basis aller physikalischen Berechnungen – von Schwachschichten. Dieses Gesetz kann für Modellberechnungen verwendet werden, die wiederum die Lawinenprognose einen Schritt weiterbringen können.

Ein Labormessgerät, das eine Probe aus Schnee unter Druck hält. Die Struktur der Probe ist gut sichtbar, und ein Lineal liegt zur Messung daneben. Ein Zettel mit Notizen ist im Hintergrund sichtbar.
Sichtbar durch die Highspeed-Kamera: Wann bricht die Schwachschicht? (Video: Jakob Schöttner / SLF)

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