Überblick

Physik der Lawinen

Die Modellierung von Lawinen erstreckt sich über viele Skalen – von millimetergroßen Teilchen bis zur kilometerweiten Topographie.

  • Thomas Weinhart, Deepak Tunuguntla, Anthony Thornton und Stefan Luding
  • 07 / 2016 Seite: 31

Nach Regen oder Schneefall können Lawinen drohen und für Menschen zur tödlichen Gefahr werden. Mit Hilfe physikalischer Methoden lassen sich Lawinen aber immer genauer modellieren und vorhersagen. Jedoch sind noch viele Fragen in diesem Forschungsfeld offen, wie zum Beispiel: Wodurch verwandelt sich ein statischer Hang in eine Lawine? Welche Fließ­eigenschaften beeinflussen diese? Wie folgen aus den Teilcheneigenschaften die Strömungseigenschaften der Lawine?

lawinen aus Schnee oder Schlamm (Murgänge) gefährden Menschen und Infrastruktur. So sind kleine Täler mit steilen Hängen nach Regen- oder Schneefall oft Risikozonen. Um dem entgegenzuwirken, wurden alpine Bergtäler in den letzten Jahrzehnten intensiv kartographiert. Basierend auf Größe und Intensität der Lawinengefahr erstellte Karten führten erfreulicherweise zu einer Senkung der Anzahl der Todesopfer. Doch noch immer sterben jedes Jahr rund hundert Menschen durch Schneelawinen – so kamen am 6. Februar 2016 in den Tiroler Alpen fünf Skiläufer ums Leben.
Passive Schutzmethoden wie Stützverbauungen an Berghängen, Aufforstung und Prallwände (Abb. 1) schützen Skifahrer und Siedlungen vor Lawinen. Eine quantitative Vorhersage der wichtigsten Lawinenparameter wie Masse, Auslauflänge und Flussgeschwindigkeit ist eine wesentliche Grundlage, um Gefahren effektiv beurteilen zu können. Daten darüber liefern bereits abgegangene Lawinen oder kontrolliert ausgelöste. Darüber hinaus tragen Laborexperimente und Simulationen dazu bei, die zugrunde liegende Physik besser zu verstehen und die Modelle zu verallgemeinern.

Die Modellierung von Lawinen ist ein Multiskalenproblem, bei dem sowohl die Wechselwirkungen zwischen einzelnen Schnee-, Schlamm- und Gesteins­teilchen in der Größenordnung von Millimetern zu berücksichtigen sind als auch die Oberflächen­beschaffenheit, ihre Topologie sowie die klimatischen Bedingungen auf der geologischen Skala im Bereich von Kilometern. Da es unmöglich ist, alle Teilchen einer riesigen Lawine auf ihrer „Reise nach unten“ in Experimenten zu erfassen oder sie theoretisch und numerisch zu modellieren, sind grobskalige Modelle und Methoden zum Skalenübergang von „mikro“ zu „makro“ nötig. (...)

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