Lässt sich mit akustischen Signalen in der Schneedecke ein Lawinenabgang vorhersagen?

Abb. 4: Das Versuchsgebiet im Winter. Die Stecken markieren die Sensorpositionen.

Bevor und während sich trockene Schneebrettlawinen lösen, bilden sich Risse in der Schneedecke. Genauso wie bei anderen Gegenständen, die reissen, entstehen auch in der Schneedecke dabei Geräusche. Bricht eine ganze Schwachschicht zusammen, nehmen wir dies als sogenanntes Wummgeräusch wahr. Akustische Sensoren sind jedoch in der Lage, auch das Brechen von wenigen Schneekristallen zu registrieren, das dem menschlichen Ohr verborgen bleibt. In anderen natürlichen, heterogenen Materialien wie Holz, Kalkstein oder Eis werden solche akustischen Signale bereits erfolgreich verwendet, um die Stabilität des Materials abzuschätzen und Brüche vorherzusagen.

Laborversuche

Um Geräusche im Schnee unter Feldbedingungen messen zu können, waren vorbereitende Laborversuche nötig. Dort wurden verschiedene Schneeproben, die eine Schwachschicht enthielten, so stark belastet, bis sie brachen. Während des ganzen Prozesses zeichneten Sensoren die akustische Signale auf. Dabei zeigte sich, dass die relevanten Geräusche tatsächlich aus der Schwachschicht stammten (Abb. 1). Bevor die Schneeprobe definitiv kollabierte, häuften sich besonders starke Signale. Die Analyse der Verteilung des Amplitudenquadrats in gleitenden Zeitfenstern ergab eine klare Änderung des Exponenten β der Verteilung vor, während und nach dem Bruch (Abb. 2). Der Exponent β könnte daher als Indikator von (anderweitig kaum messbaren) Bruchvorgängen in der Schneedecke und somit auch als Anzeichen von bevorstehenden Lawinenabgängen dienen.

Abb.1: Lokalisation von akustischen Ereignissen (rote Punkte; grüne Punkte: akustische Sensoren) in einer Schneeprobe mit einer Schwachschicht (gelb). Der rechte? Graph zeigt die Energie der akustischen Ereignisse über der Probenhöhe gemittelt über die Probenbreite.

Abb. 2: Akustische Ereignisse (blau) und kumulative akustische Ereignisse (schwarz), das Amplitudenquadrat und der Exponent β über Zeit während eines Bruchexperiments mit einer Schneeprobe, die eine Schwachschicht enthält. Die vertikale roten Linien markieren den Bruch der Schneeprobe.

Feldstudie

In der laufenden Feldstudie registrieren akustische Sensoren kontinuierlich alle Geräusche, die sich im Anrissgebiet einer grossen Schneebrettlawine in der Schneedecke entwickeln. Die Sensoren befinden sich dabei nahe einer potentiellen Schwachschicht. Eine schematische Skizze des Messaufbaus ist in Abbildung 3 gezeigt. Erste Resultate der Messungen während des Winters 2012/13 (Abb. 4) sind vielversprechend und deuten darauf hin, dass sich Lawinen mit akustischen Sensoren vorhersagen lassen. Ein verlässliches Frühwarnsystems für Lawinenabgänge ist von grossem Interesse für die Praxis. Deshalb wird weitere Forschung in diese Richtung betrieben.

Abb. 3: Skizze des Messsystems im Anrissgebiet einer grossen Lawine auf Totalp bei Davos.

• Ingrid Reiweger