Wann entsteht die gefährliche Sortierung? Mit Lasern der „Lawinenformel“ auf der Spur - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Wann entsteht die gefährliche Sortierung?

Mit Lasern der „Lawinenformel“ auf der Spur

Durchführung eines Staudammbruch-Experiments: Ein Laserstrahl beleuchtet den Frontbereich des Abflusses. Mithilfe von Kameras verfolgen die Forschenden die Bewegungen bestimmter Partikel. © SNF

Mithilfe eines Lasers schlüsseln Forscher die dynamischen Vorgänge auf, die sich im Inneren von Lawinen oder Murgängen abspielen. Ihre Hoffnung: dadurch eines Tages eine „Lawinenformel“ zu entdecken, die unter anderem vorhersagt, wann die besonders gefährliche, so genannte granulometrische Sortierung der Partikel droht. Diese Kenntnis ist nicht nur für die Vorhersage von Naturkatastrophen, sondern auch für industrielle Anwendungsgebiete vom Raketentriebwerk bis zum Lebensmittel wichtig.

Lawinen und Murgänge gehören zu den Risiken, denen Gebirgsregionen wie die Schweiz besonders stark ausgesetzt sind. Für die Sicherheit dieser Regionen wären numerische Modelle wünschenswert, die die Gefahrenzonen mit höchster Präzision bestimmen könnten. Doch wer solche Modelle entwickeln will, muss zunächst die Dynamik dieser Naturereignisse besser verstehen. Genau das ist die Aufgabe, der sich die Forschungsgruppe um Christophe Ancey mit Unterstützung des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) am Labor für Umwelthydraulik der ETH Lausanne widmet.

Mischung aus Flüssigkeit und Granulat

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.

Alptraum Lawinenzungen

Auch die Partikel wirken aufeinander ein. Dadurch ändert sich das Fließverhalten. So geschieht es manchmal, dass sich die großen Partikel von den kleineren abscheiden – man spricht in diesem Zusammenhang von granulometrischer 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: ein Alptraum für diejenigen, die das Gebiet in Gefahrenzonen einteilen sollen.

Angesichts der Komplexität des Phänomens wählte Ancey eine Salamitaktik und teilte das große Problem in verschiedene kleinere auf. Dafür führte die Forschungsgruppe unter anderem ein so genanntes Staudammbruch-Experiment durch. Am höchsten Punkt eines abfallenden Kanals hält 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 können die Ingenieure so die Bewegungen der Partikel verfolgen. Im vorliegenden Fall gilt ihr Interesse den Vorgängen im Frontbereich des Abflusses.

Anzeige

Lawinenformel gesucht

Ancey hofft, im Laufe seiner Forschungstätigkeit immer komplexere Experimente durchführen zu können und dadurch eines Tages eine «Lawinenformel» zu entdecken. Er beeilt sich aber, zu ergänzen, dass das Verständnis dieser Phänomene nicht nur für Spezialisten im Bereich Naturkatastrophen von Interesse ist, sondern ebenso für die Industrie: So stand der Lawinenspezialist schon im Kontakt mit einem Nahrungsmittelgroßkonzern und einem Hersteller von Raketentriebwerken, um nur zwei beispielhafte Wirtschaftsbereiche zu nennen, in denen unerwünschte granulometrische Phänomene die Qualität, Leistungsfähigkeit oder Sicherheit der Produkte beeinträchtigen können.

(Schweizerischer Nationalfonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung SNF, 12.04.2011 – NPO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

keine Diaschauen verknüpft

Dossiers zum Thema

Mustererkennung - „Mustergültige Erkenntnis“ in Astrophysik, Musik und Medizin

Licht nach Maß - Ein universelles Werkzeug mit großem Potenzial

Physik der Musik - Die Wissenschaft hinter dem schönen Klang

Rätsel Wasser - Ein Lösungsmittel mit Geheimnissen

Lawinen & Co. - Unaufhaltsam abwärts?

News des Tages

3D-Nanostruktur

Forscher schrumpfen Objekte

Alzheimer: Fehlfaltung der Proteine ist übertragbar

Ökolandbau klimaschädlicher als konventioneller?

Mehr als die Hälfte aller Sprachen in Gefahr

Bücher zum Thema

Naturkatastrophen - Wirbelstürme, Beben, Vulkanausbrüche von Karsten Schwanke, Nadja Podbregar, Dieter Lohmann und Harald Frater

Laser - Grundlagen und Anwendungen in Photonik, Technik, Medizin und Kunst von Dieter Bäuerle

Physik für die Westentasche - von Harald Lesch

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige