NATURKATASTROPHEN
Chaos im eisigen Leib
Französische Forscher simulieren auf einer Anlage in fast 3000 Meter Höhe den Abgang einer Lawine und versuchen, die physikalischen Gesetzmäßigkeiten im wirbelnden Schnee zu enträtseln. Nun sind sie auf eine mathematische Formel gestoßen, mit der die Katastrophe berechenbar wird.
Die letzten Skifahrer sind schon seit Stunden im Tal, die Gondeln der Bergbahn am Pic du Lac Blanc stehen in ihrer Station. Nur ein purpurrotes Glimmen hinter den steinernen Zinnen der Belledonne-Kette kündet noch von dem prächtigen Sonnentag, der sich in den französischen Alpen dem Ende entgegenneigt. Wenn die Skifahrer in L'Alpe d'Huez müde in ihre Betten sinken, beginnt für Frédéric Ousset der aufregende Teil des Tages.
Dazu schaltet er, auf 2900 Meter Höhe, drei große Scheinwerfer ein. Die Spots beleuchten ein seltsames Gerät, das nicht gerade wirkt, als wäre es fürs Gebirge konstruiert. Oben auf dem hausgroßen Apparat prangt ein großer Trichter, darunter sitzt eine Röhre mit Mahlwerk, das in eine Rutsche mündet. Der Hersteller dieser Anlage beliefert sonst Getreidemühlen, sagt Ousset, der unter seiner plustrigen Daunenjacke einen Blaumann trägt. Doch nicht Weizen spuckt das Ungetüm, sondern Schnee. Fünf Kubikmeter davon haben die Forscher über eine Seilwinde in den Trichter gefüllt. Das Mahlwerk fördert die Kristalle an den Rand der Rutsche, dann rauschen sie den mehr als zehn Meter langen Kanal hinab. Neben der Anlage steht, versammelt in einer aus dem festen Schnee ausgeschnittenen Einbuchtung, ein Trupp Forscher, die Gesichter vom Widerschein der Bildschirme gespenstisch beleuchtet.
Wir können die Versuche nur nachts machen, erklärt Ousset, die Sonne würde die Kristalle verändern, und die Messergebnisse wären dahin. Ousset lässt in der Rutsche unter streng kontrollierten Bedingungen Miniaturlawinen abgehen. Jede Bewegung des Schnees wird exakt erfasst. Das Ziel: Wir wollen die Physik der Lawine in einer Rechenformel beschreiben. Der Bedarf nach einer Mathematik des Schnees steigt. Wegen des Tourismus dringt der Mensch an immer riskantere Orte des Hochgebirges vor, sagt Oussets wissenschaftlicher Mitstreiter Mohamed Naaim. Nicht nur Häuser, sondern auch die Zufahrtswege und kurvige, steile Pässe werden in den Fels getrieben. Das kostet Opfer - etwa im Lawinenwinter 1999, als bei Chamonix, Galtür und Evolène in wenigen Wochen 55 Menschen den weißen Tod starben. Schäden von mehreren hundert Millionen Euro sind damals entstanden. Mit immer kreativeren Methoden versuchen Schneeforscher deshalb zu berechnen, wo eine Lawine zum Stehen kommt, welche Zerstörungskraft sie besitzt und wo sich noch sicher bauen lässt.
In der Simulationsanlage am Pic du Lac Blanc, der einzigen dieser Art in den Alpen, können die Forscher so oft wie nötig und unter stets anderen Bedingungen studieren, was genau sich im talwärts stiebenden Schnee abspielt. Hier, sehen Sie, eine gruselige Lektion , sagt Naaim und klickt auf dem Bildschirm seines Laptops ein paar Fotos an. Er hat sie aufgenommen, nachdem in Andorra eine gewaltige Lawine abgegangen war. Eine sechsstöckige Apartmentanlage hatte dem anrollenden Schnee den Weg versperrt. Die ersten drei Stockwerke wirken, als wäre ein gewaltiger Sprengsatz in ihnen explodiert. Naaim: Sämtliche Zwischenwände innerhalb des Gebäudes waren von der Wucht des Schnees zermalmt. Die oberen drei Stockwerke hingegen sehen aus, als wäre hier nur eine Art Schockwelle hindurchgerast: Sämtliche Scheiben waren eingedrückt, die Rahmen der Fenster lagen teilweise in den Räumen. Das Mauerwerk konnte dem Druck allerdings standhalten, erklärt Naaim.
Der Forscher hat die Fotos aufbewahrt, weil sie eindrucksvoll die zweigeteilte Zerstörung offenbaren, die so typisch ist für viele Lawinen. Ihr Unterteil besteht meist aus hochverdichtetem Schnee. Mit 100 Stundenkilometern schießt er den Hang hinunter und zerquetscht mit seiner gewaltigen Masse alles, was sich in seinen Weg stellt, sagt Naaim. Erfasst die Lawine einen Menschen, so zerdrücken die Aufprallkräfte den Brustkorb, Gliedmaßen reißen ab. Überlebenschancen? Die sind gleich null , sagt der Forscher. Doch auch im oberen Teil einer Lawine - jenem Teil also, der in Andorra zumindest die Zwischenwände des Hauses stehen ließ - droht Menschen Lebensgefahr. Im staubigen Rücken der Lawine wirbeln die Schneekristalle wie sich ständig überschlagende Wellen bergab. In diesem Aerosol ist die Schneedichte zwar wesentlich geringer, berichtet Naaim. Dafür dringen die feinen, gefrorenen Partikel jedoch tief in die Lunge ein und können den Menschen ersticken. Wer die Prozesse im Innern solch einer Lawine also in mathematische Gleichungen fassen will, der muss die Vorgänge im oberen luftigen und im unteren kompakten Teil gleichermaßen verstehen. Aufgekritzelt auf ein Blatt Papier, scheint all das ganz einfach: Da purzeln die Kristalle entsprechend der Neigung des Geländes den Hang hinab. Multipliziert man Masse mit Geschwindigkeit, so ergibt sich die Zerstörungswirkung, mit der, wie in Andorra, eine Lawine auf ein Haus trifft. Allerdings, fügt Naaim hinzu, hängt die Geschwindigkeit der Lawine vor allem von einer nur sehr schwer zu berechnenden Größe ab - dem Schnee selbst. Und der besteht aus höchst komplizierten Gebilden: In vielen verschiedenen Formen
kommen die Kristalle in einer Lawine vor. So symmetrisch gezackt, wie Schneekristalle oft aussehen, sind sie nur, wenn sie gerade vom Himmel gefallen sind. Am Boden verhaken sich dann die Spitzen ineinander, Wärme lässt sie verklumpen, Wind drischt sie wie ein Bündel Hafer. Naaim greift zu einer signalroten Schaufel aus Plastik. Damit kratzt er Schnee aus der weißen Wand am Rande des Simulationskanals. Dann klemmt er sich eine Vergrößerungsoptik am Auge fest und beugt sich über die kalten Krümel. Jetzt sehen die Kristalle aus wie Becher, sagt der Forscher und deutet auf eine Karte, auf der verschiedene Schneearten typisiert sind. Becherartiger Schnee zählt zu den gefährlichsten für Skifahrer: Er bildet eine glatte Oberfläche, auf der neugefallener Schnee so leicht abrutscht wie der Hintern eines Rodlers. Außerdem ist Becherschnee so kompakt und schwer, dass er eingeschlossene Skifahrer erdrückt, sagt Naaim. Bei jeder Art von Schnee entsteht ein anderer Reibungswiderstand, erklärt der Alpin-Forscher. Ist er groß, sinkt die Geschwindigkeit; ist er klein, nimmt die Lawine am Hang rasch an Fahrt zu. Um eine solche Bewegung berechnen zu können, muss in der Simulationsanlage jeder Schneetypus gesondert getestet werden.
Während der kompakte Teil einer natürlichen Lawine gute zehn Meter hoch ist, begnügen sich die Forscher auf der Anlage mit zehn Zentimetern. Dafür haben sie jedoch bei jedem Zentimeter einen Mess-Sensor montiert, mit dem die Geschwindigkeit des vorbeiströmenden Schnees aufgezeichnet wird. Schon nach einem Zentimeter über dem Boden steigt sie sprunghaft an, sagt Naaim und tippt auf den Monitor, ihr Tempo beträgt über 100 Stundenkilometer. Jetzt lassen sich drei Einflussgrößen in ein Verhältnis setzen: Die Beziehung zwischen Hangneigung, Reibungskräften und Geschwindigkeit führt zu jener dringend gesuchten Formel - zumindest für den kompakten unteren Teil der Lawine. Schwieriger noch ist es, die turbulente Staubkrone auf der Lawine zu berechnen. Denn gewinnt die Lawine an Tempo, so erfasst die an ihr vorbeiströmende Luft vorn und an der Oberseite der Lawine ihren Schnee und zerstäubt die Kristalle.
Je schneller die Lawine, desto größer die Kraft, die an den Kristallen zerrt. Sie werden zerbrochen, zerstäubt und wirbelnd in die Höhe gepeitscht, erklärt Schneeforscher Ousset. Dieser Staubwirbel lässt sich mit den Minilawinen auf der Schneerutsche nicht erzeugen. Deshalb ist Ousset auf eine völlig andere Idee verfallen: Er simuliert sie im Wasser. Dazu hat der Forscher im Tal ein überdimensioniertes Aquarium in einer großen Werkhalle aufgebaut. 20 Kubikmeter Wasser fasst der Tank, und drinnen steht auf einer schiefen Ebene ein Modelleisenbahnhaus. Ein wässriges Gemisch mit feinem Quarzsand ersetzt den Schnee. Ousset gießt es in den Wassertank und lässt die Lawine langsam den Hang hinabpurzeln. Die Wirbel haben zwar nicht das Tempo wie an der Luft, ihre Bewegungen sind aber fast wie im Freien. Aufmerksam beobachtet Ousset, wie die Staubwolke langsam das Haus umquillt. Ein Radargerät, das einmal quer durch die Wasserlawine gezogen wird, misst Einflussgrößen wie die Geschwindigkeit - so wie am Simulationskanal oben auf den Bergen. Naaim und sein Team fütterten ihre Computer mit den Daten aus Lawinenkanal und Wasserbecken; am Ende setzten sie dann alles zu einer Rechenformel für den staubigen und den festen Teil der Lawine zusammen.
Doch haben sie die Natur auch richtig simuliert? Zum Praxistest gingen die Forscher nach Norwegen. Im Westen des Landes unterhalten Kollegen ein Versuchsgelände. Das Terrain ist bis auf den Zentimeter genau vermessen. Die Bergforscher untersuchten zudem Art und Mächtigkeit des am Hang haftenden Schnees und ließen den Computer mit den neugewonnenen Formeln die Laufweite der Lawine im Voraus berechnen. Dann zündeten sie einen Sprengsatz und lösten so eine echte Lawine aus. Als sich der weiße Staub gelegt hatte, waren sie zufrieden. Unsere Computerprognosen lagen mal nur um fünf, mal um zehn Meter neben der tatsächlichen Reichweite der Lawine, berichtet Naaim stolz. Für den letzten Beweis ihrer Lawinenformel haben Ousset und Naaim dem weißen Monster nun eine Falle gestellt. In Montroc bei Chamonix, dort, wo im Jahr 1999 eine Lawine zwölf Menschen in den Tod riss, wurde nach ihren Plänen ein Lawinenkanal mit einem riesigen Auffangbecken gebaut. Das Bollwerk aus Beton ist gespickt mit allem, was Kraft und Dynamik einer Lawine messen kann. Werden diese Messdaten erneut die Computermodelle bestätigen? Die Antwort werden die Forscher erst wissen, wenn wieder eines der weißen Ungetüme von selbst losgegangen ist.
Gerald Traufetter
