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Seismische Lawinendetektion

 

Lawinen bedrohen viele Gebirgsregionen. Wer sich über die aktuelle Lawinengefahr informieren möchte, konsultiert meistens das Lawinenbulletin, z. B. Sicherheitsverantwortliche in den Gemeinden oder Schneesportler, die sich abseits der Piste bewegen. Umso wichtiger ist es, diese Gefahr möglichst präzise vorhersagen zu können. Lawinenprognostiker stützen sich dabei u.a. auf Angaben zur aktuellen Lawinenaktivität, da kürzlich erfolgte Lawinenabgänge wichtige Informationen zur Schneedeckenstabilität liefern. Meistens erfahren sie von Lawinen, die jemand im Gelände von Auge beobachten konnte. Solche Beobachtungen sind aber häufig unpräzis oder in der Nacht oder bei schlechten Sichtverhältnissen gar nicht möglich. Deshalb ist es oft unsicher, wann und wieviele Lawinen tatsächlich abgegangen sind.

 

Dem Schnee zuhören

Für Lawinenprognostiker wäre es also interessant, wenn sich Lawinen in nahezu Echtzeit und bei jeder Witterung automatisch feststellen liessen. Bereits seit Mitte der 1970er-Jahre ist bekannt, dass sich seismische Sensoren grundsätzlich gut dafür eignen würden. Sie registrieren Bodenvibrationen und werden sonst eingesetzt, um Erdbeben nachzuweisen. Da sich die seismische Messtechnik während des letzten Jahrzehnts stark weiter entwickelte, lassen sich heute im Gebirge sehr empfindliche Sensoren einsetzen, die die Bodenvibrationen kontinuierlich erfassen. Ausser Erdbeben oder Lawinen rufen jedoch auch diverse andere Dinge Bodenerschütterungen hervor, z. B. Explosionen, Flugzeuge, Helikopter oder Skilifte. Die Schwierigkeit besteht nun darin, Lawinensignale von solchen anderen Signalquellen zu unterscheiden. Das SLF arbeitet deshalb seit längerem daran, seismische Signale von Lawinen besser erfassen und interpretieren zu können.

 

Dazu installierten Forschende auf vier verschiedenen Versuchsfeldern in oder in der Nähe von Lawinenanrisszonen sogenannte Geophone, mit denen sie die von Lawinen ausgelösten Bodenvibrationen im Umkreis von rund 2 km2 erfassen können (Abb. 1). Ausserdem brachten sie Kameras an und verglichen deren Bilder mit den seismischen Signalen. So konnten sie lernen, wie die Signale aussehen, die von Lawinen hervorgerufen werden (Abb. 2). Die Reichweite dieses seismischen Messsystems hängt stark von der Grösse und vom Typ der Lawinen ab. Grosse Lawinen lassen sich auch erfassen, wenn sie relativ weit weg sind, kleine hingegen sind nur messbar, wenn sie direkt über den Sensor donnern. Um diese Reichweite zu verbessern und die Lawinensignale besser von anderen Geräuschen zu unterscheiden, platzierten die Forschenden die Geophone auf Felsen (Abb. 4).

 

Automatisches Erfassen von Lawinen

Nachdem sie in den letzten vier Jahren anhand der gesammelten Daten viel über seismische Lawinensignale lernten, entwickeln die Wissenschaftler nun ein System, das Lawinen automatisch erkennen soll. Dazu arbeiten sie an einem Computerprogramm, das selber entscheidet, ob das registrierte Signal von einer Lawine stammt oder von anderen Erschütterungen. Erste Tests sind vielversprechend: Während einer intensiven Nassschneelawinenperiode konnte das Programm aus den gesammelten Daten 16 Lawinen korrekt identifizieren, ohne dabei fälschlicherweise andere Vibrationsquellen als Lawinen zu erkennen (Abb. 5). Trotzdem müssen die Forschenden das Programm weiter verbessern, da bei anderen äusseren Bedingungen die Fehlinterpretationsquote noch recht hoch ist. Sobald es generell verlässlich arbeitet, möchten die Wissenschaftler ihre Messstationen damit bestücken, um so Daten zur Lawinenaktivität in Echtzeit zu erhalten.

 

Automatische Lokalisation von Lawinen

Mit dem oben beschriebenen automatischen Lawinendetektionssystem kann man exakt feststellen, wann sich eine Lawine loslöste. Wo genau die Lawine abging, lässt sich damit jedoch nicht zufriedenstellend beantworten. Um auch dazu bessere Daten zu erhalten, testet das SLF eine weitere Versuchsanordnung: Die Wissenschaftler gruppieren sieben Geophone in einem Kreis und verwenden Signalverarbeitungstechniken, die auch Erdbebenforschenden einsetzen. Da sich die Signale von Lawinen aber von denjenigen von Erdbeben unterscheiden, müssen die Forschenden auch diese Methode für Lawinen noch weiterenwickeln.