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Verformungen und akustische Emissionen bei Bruchvorgängen im Schnee

 

Damit eine Lawine entsteht, müssen - ausgehend von einer Schwachstelle - einzelne Bindungen zwischen den Eiskristallen in der Schneedecke brechen. Ist der geschädigte Bereich gross genug, breitet sich der Bruch rasant entlang der Schwachschicht aus - bis eine ganze Schneetafel als Schneebrettlawine abgleitet.

Wie und wann die Brüche entstehen, ist bei spontanen Lawinen bisher noch kaum bekannt. Das SLF führt deshalb an Schneeproben mit künstlich gezüchteten Schwachschichten Belastungsexperimente im Kältelabor durch. Mithilfe eines eigens dafür konstruierten Scherapparats kann die Kraft, die auf die Probe wirkt, kontinuierlich erhöht werden, bis die Schwachschicht bricht. Die Forschenden untersuchen dabei mithilfe von Videokameras die Verformung der Schneedecke vor dem Bruch. Ausserdem erfassen sie die Geräusche, die beim Brechen der Verbindungen zwischen den Schneekörnern entstehen. Diese akustischen Emissionen erlauben Rückschlüsse auf die Bruchprozesse im Innern.

 
 

Erste Resultate zeigen, dass sich vor dem Bruch die schwache Schicht in der Schneeprobe stark verformt. Auch die akustischen Signale deuten darauf hin, dass der Bruch nicht plötzlich entsteht, sondern das Resultat eines fortschreitenden Schädigungsprozesses ist. Sobald die Probe belastet wird, bilden sich sehr kleine Risse und erste Signale können gemessen werden. Anzahl und Energie der Signale nehmen bis zum Bruch immer mehr zu. Das zeigt, dass sich der Schädigungsprozess vor dem Bruch beschleunigt und zunehmend grössere Risse entstehen. Der bevorstehende, katastrophale Bruch der ganzen Schneeprobe kündigt sich also akustisch an. Weitere Untersuchungen werden weisen, ob es möglich ist, diese Resultate auch in einen Lawinenhang zu übertragen und bevorstehende spontane Lawinen anhand akustischer Signale vorherzusagen. Eine grosse Schwierigkeit dabei ist, dass die akustischen Signale im Schnee stark gedämpft und somit nur über kurze Distanzen gehört werden können.