Messungen an echten Lawinen sind aufwändig, gefährlich und schwer reproduzierbar. Deswegen untersuchen Forschende des SLF das Fliessverhalten von Schnee auch auf einer Schneegleitbahn, mit der Lawinen nachgebildet werden können. Mit einer digitalen Highspeedkamera filmen sie die besonders interessante Scherschicht im fliessenden Schnee direkt über dem Boden. Ausserdem messen sie Fliesshöhen sowie Scher- und Normalkräfte am Boden und testen neu entwickelte Sensoren, zum Beispiel kapazitive Dichtesensoren. Diese kommen später in den grossen Versuchsanlagen zum Einsatz, in denen echte Lawinen untersucht werden.

Frontalansicht der Schneegleitbahn auf dem Weissfluhjoch

Vertikale Geschwindigkeitsunterschiede in Lawinen

Innerhalb der Lawine bestimmen vertikale Geschwindigkeitsunterschiede entscheidend die Fliessprozesse. Die Geschwindigkeitunterschiede sind besonders gross in der bodennahen, sogenannten Scherschicht der Lawine. Hier verliert die Fliesslawine die meiste Energie: durch die Reibung der Schneeschichten untereinander und durch die Reibung am Boden. Um diese Prozesse besser quantifizieren zu können, untersuchen Wissenschaftler des SLF speziell die Scherschicht von Fliesslawinen mit Experimenten auf der Schneegleitbahn. Die Ergebnisse fliessen in die Weiterentwicklung der Computermodelle ein, mit denen die Geschwindigkeiten und Auslauflängen von Lawinen berechnet werden.

30 m lange Rutsche

Die Schneegleitbahn auf dem Weissfluhjoch ist 2.5 m breit und 30 m lang. Mit  bis zu 25 m³ Schnee können die Forschenden lawinenähnliche Rutsche simulieren und die Fliesseigenschaften von Schnee unter kontrollierten Bedingungen untersuchen.

Highspeedkamera filmt Scherschicht

Mit einer digitalen Highspeedkamera filmen die Forschenden die besonders interessante Scherschicht in den kleinskaligen Lawinen. Mit blossem Auge können sie so die Reibungprozesse in sehr starker Zeitlupe beobachten. Mittels rechenaufwendiger Computerprogramme bestimmen sie aus diesen Aufnahmen zweidimensionale Geschwindigkeitsfelder mit hoher Zeit- und Ortsauflösung und gewinnen daraus Aufschluss über die physikalischen Prozesse in der Scherschicht. Zudem messen sie an der Gleitbahn auch Fliesshöhen sowie Scher- und Normalkräfte am Boden und testen neu entwickelte Sensoren, zum Beispiel kapazitive Dichtesensoren, die in grossskaligen Versuchsanlagen eingesetzt werden.

Messkeil mit High-Speed Kamera, Stroboskopen und optischen Geschwindigkeitssensoren

Bessere Berechnung des Fliessverhaltens

Aus den Hochgeschwindigkeitsfilmen erstellen die Forschenden Geschwindigkeitsprofile und untersuchen deren Entwicklung über den Verlauf der Lawine. Zusammen mit dem experimentell bestimmten Reibungskoeffizienten und den gemessenen Fliesshöhen können sie einzelne Abschnitte der Lawine, wie Kopf, Hauptteil und Schluss identifizieren. Ausserdem untersuchen sie, wie die Temperatur des Schnees, seine Dichte oder auch das Volumen der Lawine das Fliessverhalten verändern. Dadurch können sie die Berechnung des Fliessverhaltens „echter“ Lawinen erheblich präzisieren.

Videos von Versuchen

• Film von der Seite
  
• Film von Brücke