Lawinen im Labor

Untersuchung der dynamischen Vorgänge in Lawinen oder Murgängen soll helfen, Gefahrenzonen zu bestimmen.

Lawinen und Murgänge gehören zu den Risiken, denen Gebirgsregionen besonders stark ausgesetzt sind. Für die Sicherheit dieser Regionen wären numerische Modelle wünschenswert, die die Gefahrenzonen präzise bestimmen könnten. Doch wer solche Modelle entwickeln will, muss zunächst die Dynamik dieser Naturereignisse besser verstehen. Forschende der ETH Lausanne schlüsseln die dynamischen Vorgänge, wie sie im Inneren von Lawinen oder Murgängen auftreten, mithilfe eines Lasers auf.

Bei Lawinen und Murgängen handelt es sich um komplexe Fluide, die sich im einen Fall aus Luft und Schneepartikeln, im anderen aus Wasser und Gesteinspartikeln zusammensetzen. In beiden Fällen weisen dabei die festen Bestandteile unterschiedliche Größen auf. Während des Abflusses interagiert das Strömungsmittel mit den Partikeln, was dazu führt, dass ein einzelner Abgang sich zunächst wie eine Flüssigkeit und später wie Granulat verhalten kann. Dies führt zu einem wohlbekannten, aber noch wenig verstandenen und noch weniger vorhersagbaren Phänomen, bei dem sich Phasen der Bewegung und Phasen des Stillstands abwechseln.

Auch die Partikel wirken aufeinander ein, wodurch sich das Fließverhalten verändert. So geschieht es manchmal, dass sich die großen Partikel von den kleineren abscheiden (granulometrische Sortierung) und sich an den Rändern anhäufen. Diese Randwälle kanalisieren die Lawine in eine oder mehrere Zungen. Hierdurch wird sie seitlich begrenzt und legt daher eine deutlich weitere Strecke zurück, selbst auf relativ flachem, grundsätzlich wenig gefährdetem Gelände.

Um diese Vorgänge besser zu verstehen, führt das Forscherteam so genannte Staudammbruch-Experimente durch. Bei diesem hält am höchsten Punkt eines abfallenden Kanals eine Schleuse ein Gemisch aus Flüssigkeit und festen Partikeln zurück. Beim Öffnen der Schleuse stürzt die künstliche Lawine den Kanal hinab. Ein Laser beleuchtet den Abfluss in einer Ebene. Mithilfe von Kameras lassen sich so die Bewegungen der Partikel verfolgen. Ziel der Forscher ist es, eine „Lawinenformel“ zu entwickeln um den Katastrophenschutz zielgerichtet zu verbessern. Das Verständnis dieser Phänomene ist aber auch für manche industriellen Anwendungen von Interesse, und zwar überall dort, wo granulometrische Phänomene die Qualität, Leistungsfähigkeit oder Sicherheit der Produkte beeinträchtigen können. Beispiele sind die Nahrungsmittelindustrie oder Raketentriebwerke.

ETH Lausanne / MH