23.07.2008 · Hohlräume können sich bei Belastung mit großer Geschwindigkeit ausbreiten. Auch in flachem Gelände kommt es dabei gelegentlich zum Kollaps.
Von Horst Rademacher
© A. Duclos/www.data-avalanche.org
Das Quellgebiet einer Schneebrettlawine am Punta Bagna in den französischen Alpen
Lawinen stellen zweifellos eine der größten Gefahren für Wintersportler dar. Vor allem, wenn sich Skifahrer abseits der Pisten ins Hochgebirge begeben, können sie Lawinen auslösen, denen sie dann häufig selbst zum Opfer fallen. Besonders gefürchtet sind Schneebrettlawinen, in denen ein großes zusammenhängendes Schneevolumen als mehr oder weniger starre Einheit einen Hang hinabrast. Eine Gruppe von Werkstoffwissenschaftlern aus Schottland und Deutschland ist nun der Frage nachgegangen, wie solche Schneebrettlawinen überhaupt ausgelöst werden. Sie haben dabei Ähnlichkeiten mit den Vorgängen gefunden, die Bergschäden in der Nähe von Bergwerken und Erdbeben in großer Tiefe hervorrufen.
Je nach Schnee- und Wetterlage können verschiedene Lawinentypen entstehen. So unterscheiden die Forscher zwischen Lawinen, die sich in trockenem Schnee bilden, und solchen, die man in nassem Pappschnee findet. Ist der Schnee trocken, sind wiederum zwei unterschiedliche Arten von Lawinen möglich. Zu Lockerschneelawinen kommt es beispielsweise, wenn Pulverschnee unter seinem eigenen Gewicht einen steilen Hang hinabrutscht. Diese Lawinen haben ihren Ursprung häufig in lediglich einem Punkt und breiten sich dann während des Abrutschens fächerförmig aus. Bei der anderen Form handelt es sich um Schneebrettlawinen. Deren Starrheit und Festigkeit sind, wie der Name bereits andeutet, mit denen eines Holzbrettes vergleichbar. Voraussetzung dafür ist, dass mehrere Lagen des ursprünglich pulverigen Trockenschnees zu einer Einheit zusammengefroren sind.
Ein kleiner Spalt genügt
Damit eine derart verfestigte Schneemasse ins Rutschen kommen kann, muss sie sich von dem Schnee der Umgebung lösen. Ein kleiner Riss oder enger Spalt im festen Schnee kann beispielsweise eine solche Trennung verursachen. Die Forscher um Joachim Heierli von der Universität Edinburgh haben nun untersucht, wie solche Risse in Schneebrettern in unterschiedlich steilen Hängen entstehen und wie sie sich ausbreiten.
Bei Steilhängen ist die Sache relativ einfach; denn allein das Gewicht einer Schneemasse kann zu deren Abbruch führen. Zu Schneebrettlawinen kommt es aber auch immer wieder in flacherem Gelände, in dem die hangabwärts gerichtete Komponente der Schwerkraft alleine nicht ausreicht, einen großen Riss im Schnee zu erzeugen. Wie die Forscher jetzt in der Zeitschrift "Science" (Bd. 321, S. 240) schreiben, sind stattdessen die unterschiedlichen Festigkeiten der verschiedenen Schneelagen in einem Schneebrett von entscheidender Bedeutung; denn obwohl die Schneemasse bei genügend tiefen Temperaturen insgesamt die Festigkeit eines Holzbrettes hat, gibt es in ihr Schichten, in denen der Schnee relativ locker gepackt ist. Sinkt eine solche Lage in sich zusammen, kann es an anderer Stelle im Schneebrett zu einem Hohlraum kommen, der sich wiederum mit großer Geschwindigkeit als Riss ausbreitet. Damit wird der Verbund der Schneemassen gestört, und ein Schneebrett kann als Lawine abbrechen.
Kollaps durch Neuschnee
Der Vorgang lässt sich mit dem Zusammenbrechen eines Hohlraums in einer Kohlegrube vergleichen. Ist ein Kohleflöz abgebaut und sind die Stützen und Stempel entfernt, mit denen das Deckgebirge beim Abbau gestützt wird, kann das Gebirge einstürzen. Oberhalb des Kohleflözes kommt es dabei zu Rissen, die sich bis an die Erdoberfläche ausbreiten und dort Bergschäden verursachen können. Ähnliches spielt sich auch bei jenen Erdbeben ab, die sich in einigen hundert Kilometern Tiefe ereignen. Bei solchen Tiefherdbeben kommt es durch den Gebirgsdruck auch zu einer Volumenänderung im Gestein, die sich dann gegebenenfalls als Riss oder Bruch mit großer Geschwindigkeit ausbreitet.
Damit es in flacherem Gelände zum Kollaps einer einzelnen Schicht in einem Schneebrett kommen kann, ist ein spezieller Auslöser nötig. So kann die Schicht beispielsweise unter dem zusätzlichen Gewicht von Neuschnee kompaktieren. Aber auch Skifahrer, die mit Schwung über ein Schneebrett wedeln, können durch die mit der Bewegung übertragenen Kräfte einen Kollaps auslösen. Unter bestimmten Umständen, so schreiben die Forscher, kann sich der dabei entstehende Riss sogar hangaufwärts ausbreiten und dann weiter oben das Schneebrett abbrechen lassen. Geht eine derartige Lawine mit großer Geschwindigkeit zu Tal, kann sie die Skifahrer unter sich begraben.
