Schneephysik ¶

Das Kernthema des Teams «Snow Physics» sind Struktur und Eigenschaften von Schnee und Firn auf verschiedenen Skalen. Unsere wichtigsten Werkzeuge im Kaltlabor sind die Mikro-Computertomographie (Mikro-CT), die naturgetreue Schneeproduktion und unsere selbst entwickelten Schneegeneratoren.

Basierend auf der dreidimensionalen Darstellung von Schnee können wir nun grundlegende Strukturparameter wie Dichtevariationen mit einer räumlichen Auflösung von wenigen Millimetern berechnen und so beispielsweise die fein geschichtete Struktur von Schwachschichten oder von Polarfirn aufdecken. Zudem werden die leicht verfügbaren Daten zur Berechnung der Korrelationsfunktion im vollständigen 3D-Raum genutzt, was ein tieferes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Struktur und funktionellen Eigenschaften, z. B. für Mikrowellen, ermöglicht.

Zudem sind wir in der Lage, die exakte Mikrostruktur von Schnee für numerische Simulationen zu nutzen. Mit unseren eigenen oder angepassten Programmen lassen sich Wärmeleitfähigkeit, mechanische Eigenschaften und optische Eigenschaften berechnen. Die direkte numerische Simulation erweist sich als äusserst wertvolles Werkzeug, um die Komplexität von Schnee zu verstehen.

Unser Mikro-CT ist so ausgestattet, dass es Zeitraffer-Tomografien unter Verwendung sogenannter «Snow-Breeder» durchführen kann. Der «Snow-Breeder» ermöglichte die erste In-situ-Zeitrafferaufnahme von sich metamorphosierendem Schnee unter einem Temperaturgradienten.

Unsere Entwicklungen beschränken sich nicht auf die Mikrostruktur. Die Quantifizierung von Schneeeigenschaften im grösseren Massstab eines Schneeprofils oder im Feld erfordert neue Techniken, um die Mikro- mit der Makroskala zu verknüpfen. Zu diesem Zweck haben wir den SnowMicroPen entwickelt, ein hochauflösendes Penetrometer, das mithilfe von Signalverarbeitung verschiedene Schneearten unterscheiden kann. Die Nahinfrarotfotografie hat sich zu einem Standardwerkzeug entwickelt, um räumliche Schwankungen der spezifischen Oberfläche und gleichzeitig der äquivalenten optischen Korngrösse zu quantifizieren. Derzeit entwickeln wir neue optische Techniken, mit denen versucht wird, Dichte und spezifische Oberfläche gleichzeitig zu messen.