Lawinenkunde Lawinen: Aufbau und Entstehung

Es beginnt stets mit einer Winzigkeit: Ein paar Kristalle brechen in einer Schneeschicht. Und lösen ein Inferno aus Schnee und Zerstörung aus. Was genau dabei vorgeht? Das wissen Forscher immer besser, auch dank Lawinen, die sie selbst auslösen.
Lawine im Kaukasus

Lawine im Kaukasus

Unter allen Kräften der Natur gehören Lawinen zu den eigenartigsten. Ein Blitzschlag: kündigt sich in der Regel durch Grollen an. Stürme? Durch zunehmenden Wind. Schneelawinen dagegen? Gehen meist ohne große Vorwarnung ab. Und anders als bei Erdbeben oder Tsunamis entfesselt häufig das Opfer selbst die Urgewalt – in neun von zehn Fällen löst der Mensch jenes Lawinenunglück aus, das ihn oder seine Gefährten ereilt. Oft genügt eine Kleinigkeit.

Wie aus Schnee eine Lawine entsteht

Schnee, weiß Mareike Wiese, ist ein verrückter Stoff. "Du schaust ihn dir an und denkst, wow, er lebt." Weil die Meteorologin dieses Leben erforschen will, steckt sie in einer Daunenjacke und trägt grobe Handschuhe, als nähme sie an einer Polarexpedition teil. An ihrem Arbeitsplatz herrscht ewiger Frost: in einem bunkerartigen Zweckbau in Davos, drinnen Temperaturen von bis zu 25 Grad minus, draußen ein Schild mit der Aufschrift "Klima- und Kältekammern". Das Laborgebäude gehört zum Institut für Schnee- und Lawinenforschung, kurz SLF.

Dessen Wissenschaftler vermessen Lawinen mit Drohnen, Seismometern und Radar, sie berechnen ihre Volumen, kalkulieren Höchstgeschwindigkeiten und Zerstörungskräfte. Wiese, 29, gebürtig aus Hamburg, interessiert sich gewissermaßen für die Stunde Null einer Lawine: Sie will wissen, weshalb Lagen aus Abermilliarden Schneekristallen blitzschnell ins Rutschen geraten können – und blickt dafür in die feinsten Strukturen hinein.

Ihr Werkzeug ist eine kleine blaue Kiste. Ein Computertomograf, der bis zu 1000-mal exakter als ein gewöhnlicher Krankenhaus-CT arbeitet. Seine Röntgenstrahlen sind auf eine  zylinderförmige Apparatur gerichtet, die man mit Schnee füllen kann. "SnowBreeder" genannt, Schneebrüter. In ihm offenbart sich das merkwürdige Wesen des Schnees.

Auf ihren Scans sehen die SLF-Forscher, wie schnell sich die Kristalle in einer frischen Schneeschicht verändern. So verlieren sie etwa Ecken und Kanten. Das hat mit ihrer Architektur zu tun. Schneekristalle sind formvollendete Bauten: superstrukturiert, in Reinform höchst symmetrisch, wunderschön. Aber nichts für die Ewigkeit.

Denn alles im Universum strebt in Richtung Chaos. Beim Schnee ist für die Selbstdemontage nicht einmal Tauwetter nötig, sie beginnt schon bei Minusgraden, in der Nähe des Gefrierpunktes nimmt sie Tempo auf. Unaufhaltsam werden die Kristalle rundlicher, rücken zusammen. Unter ihrer eigenen Last verdichtet sich die Schneedecke, manchmal binnen Tagen. Damit sinkt die Lawinengefahr. Das ist die gute Botschaft.

Es gibt noch eine andere. Mareike Wiese kann dem SnowBreeder per Computer befehlen, den oberen Teil der Probe kühler zu halten als den Sockel der Schneeschicht. Das entspricht der typischen Situation im Gebirge, wo der Boden wegen des schützenden Schneemantels oft wärmer ist als die eiskalte Winterluft darüber.

Dann runden sich auch weiterhin Kristalle. Aber es steigt auch Wasserdampf aus den wärmeren Zonen auf, schlägt sich in den kälteren Schichten nieder – und völlig neuartige Gebilde wachsen dort heran. Sie sind anders als alles, was vom Himmel fällt. Zackig, sehr scharfkantig, auffällig groß. Beinahe fremdartig wirken sie, wie ein Geschwür. „Die Schneeschicht verändert sich dramatisch“, sagt Wiese.

Bei starken Temperaturunterschieden wuchern die Kristalle fast über Nacht mehrere Millimeter heran. Schichten bauen sich um. Sollbruchstellen entstehen, die an einem Hang unter der Last der oberen Lagen oder dem Gewicht eines Skifahrers urplötzlich kollabieren können. Dann gehen Lawinen ab. Das Chaos triumphiert.

Lawinenkunde

Entstehung einer Lawine

Wenn Kristalle schwach werden

Damit ein Schneebrett abreißen und eine Lawine ins Rollen kommen kann, muss sich in der Tiefe zunächst eine Schwachschicht bilden: zum Beispiel eine Lage aus millimetergroßen, kantigen Kristallen. Sie wachsen bei bestimmten Temperaturbedingungen heran – und manche zerbrechen schon unter der Last eines Skifahrers (siehe Grafik oben).

Es beginnt meist mit wenigen Kristallen, aber der Bruch kann sich ausbreiten und das darüber liegende Schneebrett ins Rutschen bringen – was bereits bei wenigen Quadratmetern Fläche gefährlich werden kann.

Zwei Drittel der Lawinenopfer sterben durch Ersticken

Dass sich diese „Schwachschichten“ formen, wissen Feldforscher schon lange. In ausgegrabenen Schneeprofilen erkennen sie sie mit bloßem Auge. Aber erst im CT lassen sich die Prozesse in Echtzeit und auf Tausendstelmillimeter exakt in 3-D darstellen. Seitdem die SLF-Leute den Scanner besitzen, blicken sie in eine nie zuvor gesehene Kristallwelt.

Sie können inzwischen sogar Bodenverhältnisse simulieren. Oder die im Tagesverlauf wechselnden Temperaturen, um zu sehen, wie der Schnee reagiert. Doch es bleiben jede Menge Fragen. Und draußen ist die Welt des Schnees noch weit verrückter, wissen die Forscher.

Nach gut 15 Minuten sinken die Überlebenschancen eines komplett Verschütteten bedrohlich: um gut 60 Prozent. Nach anderthalb Stunden besteht kaum noch Hoffnung. Durchschnittliche Tiefe, in der die Verunglückten gefunden werden: ein Meter.

Die erfolgreichsten Helfer sind andere Wintersportler, die rasch eingreifen – Rettungshubschrauber kommen oft zu spät. Zwei Drittel der Lawinenopfer sterben durch Ersticken, ein Drittel erfriert oder erleidet tödliche Brüche und Quetschungen.

Das vermessene Monster: Die Lawine im Überblick

Die Anrisszone

Ob die Schneemassen als wirbelndes Tosen niedergehen oder als klumpiges Geschiebe, entscheidet sich hier: Bei Temperaturen von unter Minus einem Grad Celsius entstehen trockene Staublawinen – wie die hier gezeigte. Die Lawine, die unserer Grafik zugrunde liegt, wurde per  Sprengladung ausgelöst – und raste mit bis zu 220 km/h ins Tal.

Die Basis

Gingen Forscher vor Jahren noch davon aus, dass Staublawinen schlicht wie ein Sandwich aufgebaut seien, wissen sie heute: Sie sind weit komplizierter strukturiert und bestehen aus vier
Komponenten, zuunterst ein Strom aus Schnee – die Schicht der höchsten Dichte mit bis zu 350 Kilo pro Kubikmeter.

Die Staubzone

Über der kompakten Schicht explodieren Partikel zu einer Pulverwolke aus Schneeteilchen, die den hinteren Teil der Lawine wie eine Wirbelschleppe begleitet. Dichte: Rund zwei Kilo pro Kubikmeter. Die weißen Pfeile verdeutlichen die Übergangszone, wo die meisten Partikel ins Obergeschoss katapultiert werden – und in eine Höhe von bis zu 60 Metern.

Der Chaoskopf

Nirgendwo ist die Turbulenz der Materie stärker und die Zerstörungskraft höher als in diesem "Kopf" genannten Teil – wo Staublawinen aufgrund ihrer Geschwindigkeit einen Druck von bis zu 80 Tonnen pro Quadratmeter ausüben. Und eine Dichte von 250 Kilo je Kubikmeter aufweisen.

Die Frontpartie

Wie ein keilförmiger Bug schiebt sich die Vorhut der Lawine an der etwa 30 Meter hohen Fichte vorbei. Diese „Nase“ ist weit weniger kraftvoll als der "Kopf" - mit einem Druck von nur fünf Tonnen pro Quadratmeter.

Die Schneefräse

90 Prozent ihrer Gesamtmasse nimmt eine Lawine wie diese unterwegs auf, indem sie sich nach und nach Schneeschichten einverleibt, bis sie mehrere Zehntausend Tonnen wiegt.

Eiskristalle

Eiskristallformen: Dendrit, volles Plättchen, Säule (v.l.n.r.)

Eiskristalle: Der Grundstoff für Lawinen

Selbst der größte Schneerutsch besteht aus winzigen Kristallen. Ob sie in Form von simplen Plättchen, Stäbchen, Prismen oder gar Sternen vom Himmel fallen, bestimmen die Bedingungen in den Wolken. Bei aller Formenvielfalt teilen sie jedoch allesamt ein Schicksal: ständige Veränderung.

Bei trockener Luft entwickeln sich Plättchen oder Nadeln. Wie alle Schneekristalle sind sie sechseckig, was an der speziellen Form ihrer Bausteine liegt: den Wassermolekülen.

Wie Wasser Form annimmt

Die Kombination aus Luftfeuchtigkeit und Temperatur in den Wolken entscheidet über die Gestalt eines Schneekristalls. Dieses Diagramm, das auf den japanischen Physiker Ukichiro Nakaya zurückgeht, zeigt als eine Art Landkarte des Kristallbaus, welche Grundformen bei welchen Bedingungen entstehen.

Mal sind es "Dendriten" (Sterne), die zu den Plättchen gehören, mal, als Stern-Varianten, "Sektorenscheiben". Ist die Luft "untersättigt", also trockener, gedeihen eher einfache Formen wie kompakte Prismen oder simpel gebaute Plättchen.

Perfekt symmetrisch sind die wenigsten Eisgebilde, die meisten werden durch Anlagerungen verändert; so gleicht kein Kristall dem anderen.

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