Einblick in die Praxis und Theorie von Lawinen

Es schneit. Endlich! Schon jetzt? Die einen haben alle ihre Wintersachen beieinander, andere sputen sich noch. Bei vielen kommen angesichts des Neuschnees die ersten Tagträume an vergangene Tiefschneetage oder Touren. Die Ruhe im Aufstieg, die Schönheit der Landschaft. Oder etwas nervös oben am Hang stehend. Endlich steigt man in die Bindung. Die Abfahrt vor Augen. Den Kantendruck der nächsten Kurven von den Fussgelenken über die Knie in die Hüfte bis in den Oberkörper erleben. Eigentlich banal, wieviel Freude solche Sachen uns bereiten können.

Nur, so einfach ist diese Harmonie dann trotzdem nicht zu erleben. Für viele Freerider*Innen, Winter-Hochtourende, und Ski/Snowboardtourer*Innen ist die Lawinengefahr ein allgegenwärtiges Thema in der Planung der bevorstehenden Abfahrten. Zurecht, denn Lawinen stellen ein reelles Risiko dar. Das Phänomen Lawine ist leider nur selten objektiv greifbar. Um die Abenteuer sicherer zu gestalten, kommen wir nicht um eine Einschätzung der Lawinengefahr herum. «Preparation is key!» Im folgenden Artikel soll es genau darum gehen. Er soll Wissen vermitteln. Dann wird auch eine Vorbereitung rund um ein komplexes Thema zumindest etwas einfacher.

Was euch im folgenden, umfangreichen Artikel erwartet:

1. Als Einstieg soll ein kurzer, zwischenmenschlicher Teil dienen. Dieser soll uns alle auf die gleiche Wellenlänge führen. Wir alle tun uns gut daran, unabhängig von unserem Können, gewisse Dinge Saison für Saison zu repetieren.
2. Danach wird die Interpretation eines Schneeprofils näher erläutert. Mit diesem praktischen Input im Hintergrund kommt es im dritten Teil zum Test.
3. Anhand gegebener lawinenbildender Faktoren wollen wir uns im dritten Abschnitt die Lawinengefahr selbst erarbeiten. Natürlich mit der Evaluation der Einschätzung durch die Lösung.
4. Zum Abschluss des Artikels wenden wir uns noch komplexerer Materie zu und betrachten dabei Ergebnisse aktueller Lawinenforschung zur Bruchausbreitungsgeschwindigkeit. Auch wenn uns dieser theoretischer Teil fremd erscheint: «Preparation is key!» – «Information is key!»

Warum es uns gut tut, diese Sachen Jahr für Jahr zu repetieren

Erfahrung kommt aus dem Einschätzen von vorgefundenen Verhältnissen. Nur können uns diese auch ein ganz falsches Bild vermitteln. Positive Entscheidungen in der Planung, am Tag X und im Einzelhang können nicht, oder sogar falsch validiert werden. Erst aus negativen Erfahrungen und somit Lawinenniedergänge sowie deren Folgen können wir, und dies auch nicht immer gleich, auf Fehler von uns zurückführen und somit etwas daraus lernen. Erst das bereichert unsere Erfahrung.

Nur haben (zum Glück) die Wenigstens von uns mit solchen Ereignissen Bekanntschaft gemacht. Noch weniger können daraus lernen. Was also können wir tun, um unsere Tage in den Bergen möglichst sicher zu gestalten? Im Generellen gilt: Geh dich ausbilden. Dies reich von der Planung, über das Equipment und dessen Bedienung, zur Rettung bis hin zur eigenen Skitechnik. Bei all diesen Punkten kann das Besuchen von Lawinenkursen zur Verbesserung des Know-Hows beitragen.

Im Endeffekt muss einem auch die Verantwortung gegenüber seinen Freund*innen, mit welchen man unterwegs ist, bewusst sein. Zurecht dürfen in diesem Kontext auch die Fragen gestellt werden: Will ich mit meinem gegenüber auf Touren gehen? Wissen diese Personen, was im Notfall zu tun ist? Diese Fragen gestatten sich natürlich auch meinem gegenüber. Denn niemand will im Notfall zu langsam sein und im Nachhinein wissen, dass man besser hätte vorbereitet sein können.

Interpretieren eines Profils

_{Abbildung 1: Beispiel eines Profils, Quelle SLF Davos
Abbildung 2: Name, Grösse, Symbol und Beschrieb der Kornformen, Quelle SLF Davos}

Nebst dem Lawinenbulletin gibt es auf der SLF-Website oder der SLF-App Whiterisk auch nützliche Karten mit noch mehr Informationen. Eine davon zeigt die aktuellen Profile und deren Standorte. Natürlich sind Profile nur begrenzt repräsentativ, da die Schneedecke sehr heterogen aufgebaut ist. Die Profile vermitteln also nur einen lokalen Einblick. Trotzdem macht es Sinn, sich diese etwas häufiger anzusehen. Schaut man sich mehrere an, so zeigen sie ein gutes Bild der aktuell vorherrschenden Situation. Gerade wenn man sich dazu entscheidet, selbst einmal ein Profil zu graben, nützt es, wenn man einen groben Überblick hat, auf was man achten sollte.

Wie sind diese Informationen nun zu lesen?

Den Kopfzeilen des Profils können wir erstellungsspezifische Informationen entnehmen. Sprich: Wo, Wann, in welcher Höhe, in welcher Hangausrichtung und bei welcher Hangneigung wurde das Profil aufgenommen. Die rote Linie zeigt den Temperaturverlauf innerhalb der Schneedecke und in der Luft.  

Die blau und grau schattierten Flächen beschreiben dabei die Härten der verschiedenen Schichten in der Schneedecke. Die Rammhärte (blau schattierte Fläche, auch Rammwiederstand) misst die Härte der Schichten vertikal, während wir mit der Handhärte (grau schattierte Fläche) einen horizontalen Vergleich erhalten. Je weiter nach links die schattierten Flächen reichen, desto härter war die vorgefundene Schicht bei Druck von oben, respektive von vorne. Der Rammwiederstand wird durch die Rammsonde, dem bekannten Rammgewicht und der Anzahl Schläge, welche auf die Schneeschicht wirken, damit die Rammsonde weiter in die Schneedecke vordringt, gemessen. Er wird in Newton (N) ausgegeben. Die Handhärte wird, wie es der Name schon sagt, von Hand gemessen. Sie kann im Gelände einfach und ohne Mitnahme eines Messgerätes ermittelt werden. Sie wird in Stufen (1-5, Faust-Messer, siehe Profilbeispiel) unterteilt.

Die Spalten auf der rechten Seite des Härteprofils geben uns weiter Auskunft über die Schneehöhe, Schneefeuchte, Kornform, Korngrösse und die Stufe der Handhärte. Durch die waagrechte Unterteilung der Spalten können wir die Schichtdicke der jeweiligen Schneeschichten ablesen. In diesen Unterteilungen erfahren wir dann auch gerade, welches die vorherrschenden Kornformen sowie die Korngrösse der Schicht sind und wie Hart diese nach der Handhärte ist. Mit all diesen Informationen lassen sich potenziell gefährliche Schichten charakterisieren und Rückschlüsse darauf ziehen. Besonders heikle Stellen werden mit sogenannten Nieten (Sternchen) gekennzeichnet.

Ganz rechts im Profil sehen wir einen Rutschblocktest. Man muss sich die Linien als seitlichen Blick in den Hang vorstellen. Die schräge, bis an den Rand durchgezogene Linie signalisiert die Fläche, auf der die darüber liegende Schneedecke abgleitet. Die Linie mit dem Knick soll die Höhe des abgerutschten Bretts darstellen. Auch die Hanglage und -neigung wird angegeben.

Warum interessiert uns das?

Im Endeffekt wollen wir wissen, wie die aktuellen Bedingungen, so wie wir sie vorfinden, zustande gekommen sind. Meist sind die Schwachschichten so dünn, dass sie nicht unbedingt mit der Handhärte gemessen werden können. Sie charakterisieren sich jedoch durch Unterschiede in der Kornform. Je dichter die Schneedecke gepackt ist, desto härter ist sie. Viele kleine Schneekristalle / Körner liegen dann eng beieinander und füllen so den Raum zwischen ihnen gut aus (Beispiel Sandkörner). Je grösser die Körner werden, desto weniger dicht werden sie gepackt und umso mehr Luft befindet sich im Zwischenraum. Eine Schicht wird somit weich (Beispiel Federn). Diese Schneeschichten mit einem hohen Hohlraum-Anteil bilden die Schwachschichten. Diese Schwachschichten respektive auch deren Übergänge sind es, welche bei einer Initiierung einer Lawine brechen. Unter genügend Last kollabieren die Kristalle in diesen Schichten und die Schneedecke setzt sich. Das kennen wir vom Whumpf-Geräusch. Ist zusätzlich noch eine genügend steile Hangneigung gegeben, so kann es zur Bildung von Lawinen kommen. Dabei kommt es auf die Lage der Schwachschichten an. Sie bestimmt, wie viel Schnee sich überhaupt mobilisiert und welches Gefahrenausmass eine Lawine erreichen kann.

_{Abbildung 3: Grosser Schneekristall. Jedes Feld des Rasters ist 2 mm lang.}

Und welche Beurteilungen sind im Gelände möglich?

Primär dient uns das Schneeprofil als Planungshilfe, wenn wir die Tour zuhause vorbereiten. In verschiedenen Situationen ist es dienlich, auch selbst einmal ein Profil zu graben. Auch wenn es nur darum geht, einen groben Überblick zu erhalten oder die Prozesse der Lawinenbildung besser zu verstehen. Natürlich können wir die Rammhärte nicht bestimmen. Auch werden wir kaum ein Thermometer zur Hand haben. Jedoch können wir auf der Tour die Handhärte in der Schneedecke zumindest abschätzen. Grosse Schwachschichten sind auch von Auge zu erkennen. Wenn es genügend kalt ist, kann die Form von Kristallen auch auf dem Handschuh beobachtet werden. Nimmt man es genau, geht das Erstellen von Profilen sehr lange. Im Praktischen können wir uns eher auf die Schwachsichten fokussieren, was die aufgewendete Zeit verkürzt. Trotzdem hat man auf Tour nicht immer Zeit dafür. Besonders geeignet sind Tage, an welchen man die eigentlich geplante Tour abbricht. Sei dies aufgrund des Wetters, der körperlichen Verfassung oder des Risikos. Bevor man einfach früher nach Hause geht, lohnt es sich, dafür Zeit einzuplanen. Bricht man wegen zu hohem Lawinenrisiko ab, gilt es jedoch darauf zu achten, dass man nicht in einem Lawinenhang oder Auslaufbereich steht.

_{Abbildung 4: klassische Schwachschicht. Der Unterschied in der Kornform und der Struktur der Schicht gegenüber der oberen und unteren ist klar ersichtlich.}

Beurteilung verschiedener Lawinenbildender-Faktoren

In diesem Abschnitt soll es darum gehen, gegebene Informationen richtig einzuordnen und das eigene Wissen zu testen. Es hat geschneit, wie wirkt sich das auf die momentane Gefahrenstufe aus? Hat der Wind einen Einfluss? Was geschieht mit der Temperatur? Das Beispiel ist fiktiv, das heisst, die Situation könnte jederzeit so vorkommen. Für die Aufgabenstellung wurde die Zeitperiode in der zweiten Januarwoche ausgewählt.

Ziel ist es, zuerst mit einem gegebenen Lawinenbulletin auf die momentane Gefahrenstufe zu schliessen. Danach soll die Entwicklung der Gefahrenstufe für ein paar darauffolgende Tage mithilfe der oben genannten Faktoren simuliert werden. Das Bulletin wird jeweils am Morgen um 8 Uhr herausgegeben.

Einschätzung der vorherrschenden Gefahrenstufe.

Mithilfe des untenstehenden Lawinenbulletins vom 11. Januar wollen wir die dazugehörige Warnstufe (1 - 5, gering bis sehr gross) am 11. Januar ermitteln.

_{Abbildung 5: Europäische Gefahrenstufen für Lawinen}

Die Entwicklung des Bulletins mithilfe folgender Daten weiter skizzieren.

Neuschnee

In der Tabelle sind die Neuschneewerte dieser Zeitperiode angegeben. Einerseits in cm und andererseits in mm Niederschlag. Dabei ist zu beachten, dass die Neuschneemengen jeweils am Morgen um 8 Uhr gemessen wurden. Es muss also davon ausgegangen werden, dass ein Grossteil des Schnees am Vortag fiel.

Temperatur und Schneehöhe

Sobald die Luft- und Schneetemperaturkurven zusammenkommen, dann schneit es.

Windgeschwindigkeit und Windrichtung

Pink sind die Böenspitzen und grün die mittlere Windgeschwindigkeit. 360 Grad ist mit Norden gleichzustellen.

Profil aus der Region für die Vorwoche

Daten eintragen

Mithilfe der nachfolgenden Tabelle können die einzelnen Faktoren für die jeweiligen Tage gewertet werden (+/-). Daneben kann die Begründung für diesen Entscheid eingetragen werden. Beim Overall Assessment wird dann die zugehörige Lawinenstufe eingetragen. Da sich eine Gefährdungssituation auch noch innerhalb einer Stufe unterscheiden kann, wird in der zweiten Tabelle zusätzlich eine graphische Beurteilung erstellt.

Lösungen

Das gegebene Bulletin verrät uns schon über den Text viel. Dabei sind diese Elemente zentral:

• Whumpfs and shooting cracks
• Easy triggering of snow slab avalanche by single skier
• Natural (spontane) avalanches expected but not frequent
• Avalanches can get large
• Critical conditions, experience is needed for off-piste activities and ski touring
• No infrastructure in danger

Die Warnsignale weisen auf eine Schwachschicht hin. Lawinen sind leicht auslösbar. Darum muss von einem Erheblich ausgegangen werden. Danach kommt vor, dass es zu grossen und auch spontanen Lawinen kommen kann. Dies trifft normalerweise auf Stufe 4, gross zu. Die beiden letzten Aussagen lassen jedoch wieder auf ein erheblich schliessen. Die Konditionen sind zwar kritisch, aber nicht generell schlecht. Wenn Infrastruktur in Gefahr ist, wird meist Stufe 4 herausgegeben. Bei uns ist dies nicht der Fall. Somit liegt die Gefährdungsstufe für den 11. Januar bei einem 3, erheblich.

Wie geht es weiter?

Startend am Mittag, schneit es bis am 13. Januar am Morgen insgesamt 33 cm. Das ist für unsere Situation eher unvorteilhaft (-). Die Windmessungen jedoch bewegen sich am 12. in einem moderaten Bereich. Die durchschnittliche Windgeschwindigkeit bleibt unterhalb von 20 km/h. Deshalb kommt es auch zu keinen grösseren Verfrachtungen von Schnee und somit zu Triebschnee (0). Die Temperatur bewegt sich zwischen -12 und -2 Grad Celsius (0). Die Schneedecke (Snow Cover) ist immer noch eher unvorteilhaft, wie wir anhand des Profils sehen können. Wir habe es mit einem schwachen Fuss zu tun und ein Altschneeproblem scheint vorhanden zu sein (-). Verglichen mit dem Vortag kommt es jedoch zu keiner Änderung. Die Gefahrenstufe bleibt auf 3, erheblich.

Wie sieht es am 13. Januar aus? Es gibt 27 cm Neuschnee. Problematisch dabei: In mm sind es 39. Daraus folgern wir, dass es ein nasser Schneefall war – also haben wir es mit schwerem Neuschnee zu tun (- -). Dazu kommt die Windgeschwindigkeit. Diese nimmt im Verlaufe des Tages zu, was den Mittelwert auf über 40km/h drückt (-). Wir müssen also auch mit Triebschnee rechnen. Die Temperatur bewegt sich im Bereich von 0 und -4 Grad Celsius (0). In der Schneedecke beobachten wir gleiches wie oben (-). Vom Vortag her ändert sich nichts. Neu muss mit einer Gefahrenstufe 4, gross, gerechnet werden.

Am 14. Januar fällt kein Neuschnee mehr (siehe Messwert 15. Januar, weil um 8 Uhr am Morgen gemessen). Die Neuschneemenge der letzten 3 Tage beträgt jedoch 72 cm (82mm) (-/0). Bis am Morgen kommt es zu relativ starkem Wind (im Mittel 60km/h, Böen bis zu 100km/h). Das kann zu grossen Schnee-Drifts führen (-). Die Temperatur fällt von -5 auf -8 (0). Das Altschneeproblem ist immer noch vorhanden jedoch weiter unten begraben. Eine Auslösung könnte deshalb schwerer werden (-/0). Auch wenn hier die Faktoren eher negativ gewertet werden, muss man davon ausgehen, dass durch die natürliche Entspannung der Schneedecke nach Stürmen die Lawinenaktivität auf ein 3, erheblich zurückfällt.

Am Abend des 12. Januar wechseln wir also von der Gefahrenstufe 3 zu 4. Zum Peak kommt es in der Nacht vom 13. auf den 14. Während in der Nacht des 14. noch ein Gross herrscht, beruhigt sich die Lage etwas im Tagesverlauf (es geht runter ins Erhebliche). Dabei muss unbedingt beachtet werden, dass ein Bulletin nicht nur die Gefahr anhand der aktuellen Faktoren beschreibt. Es ist auch eine Prognose. Erst das Zusammenspiel von vorherrschenden Bedingungen und kommenden Faktoren schaffen ein korrektes Bild über die Lage, welche uns erwartet.

Wie schnell breitet sich der Bruch in der Schneedecke aus?

Von der Anwendung in die Theorie und die Forschung. In diesem Abschnitt behandle ich einen sehr theoretischen Teil. Die nachfolgenden Informationen sind Inhalt neuester Studien. Sie bieten interessante Einblicke, sind jedoch für die Praxis nur beschränkt anwendbar, da die Komplexität des Systems Lawine nicht überall gleiche Lösungen bietet. Eher komplex wird daher auch der folgende Teil.

Zum Setting

Damit sich eine Lawine bilden kann, muss es genug steil sein. Daneben braucht es eine Bruchinitiierung. Wie bereits im Kapitel zum Profil erklärt, muss eine schwächere Schicht vorhanden sein. Bei genügend Druck (je nach Situation die Last der Schneedecke, die Sportler*Innen oder die Kraft durch eine Sprengung) kollabiert diese Schicht. Nebstdem muss die Schwachschicht jedoch auch genügend flächig vorhanden sein. Nur dann ist eine Bruchausbreitung möglich. Wie schnell sich dieser Bruch ausbreitet (sofern das geschieht) wurde bisher nur geschätzt. Dazu wurden am SLF in Davos Messungen durchgeführt. Damit diese miteinander verglichen werden können, wurde die Bruchausbreitungsgeschwindigkeit mithilfe verschiedener Methoden berechnet. Die Methoden und Resultate sollen hier kurz beschrieben werden. Dabei wurde versucht, kleine, mittlere und grosse Ereignisse (nicht auf die Lawinenstufe bezogen), zu interpretieren.

Methode 1: Kleine Ereignisse

Kleine Ereignisse wurden mit der Methode der sogenannte PST, Porpagation Saw Tests, erforscht. Dabei wird ein länglicher Block (1-5 Meter Länge, 30-50cm Breite) freigeschaufelt. Danach beginnt man an einem Ende mit der Schneesäge in die Schwachschicht hineinzusagen, bis der Bruch von selbst weiterläuft. Wie weit man hineinsagen konnte, bis die Bruchfortpflanzung einsetzt, gibt Rückschlüsse über die Stabilität der Schneedecke.

_{Abbildung 6: Aufbau der PST Methode}

Wir haben den PST von der Längsseite her mit einer Ultra Slow Motion Kamera gefilmt. Dadurch konnten wir den exakten Zeitpunkt der selbständigen Ausbreitung bestimmen (t1). Auch konnten wir so bestimmen, wann der Bruch das Ende des Schneeblocks erreicht hat (t2). dadurch konnten wir eine Zeitdifferenz bestimmen. Da uns die Länge zwischen der selbständigen Ausbreitung und dem Ende des Blocks bekannt war (haben wir gemessen, d), konnte daraus eine Geschwindigkeit errechnet werden. Diese hat einen Mittelwert von 43m/s.

Methode 2: Mittlere Ereignisse

Für die Einschätzung einer grösseren / längeren Ausbreitungsfläche/-distanz (5-20 Meter) wurde ein neuer Ansatz gewählt. Dabei wurden Beschleunigungssensoren in einer möglichst geraden Linie nacheinander in der Schneedecke verteilt. Diese Beschleunigungssensoren sind mit einer hochauflösenden GPS-Uhr kalibriert. Kommen die Sensoren in Bewegung, so lässt sich dies in den Messdaten beobachten. In Ruhe messen die Sensoren die Erdanziehungskraft. Fallen sie nun nach unten, so wird diese verringert. Dieser Ausschlag lässt sich beobachten, wenn die Schwachschicht bricht. Bricht diese, so fällt der darüber liegende Teil der Schneeschicht ja minim nach unten (die Schneedecke setzt sich).  

_{Abbildung 7: Ablauf der Geschwindigkeitsmessung der mittleren Ereignisse}

Wie bereits erwähnt wurden die Sensoren in einer geraden Linie im Schnee ausgelegt (1). Daraufhin wurde auf den ersten Sensor zugegangen (2). Das Ziel war dabei, durch die Bewegung beim Laufen im Schnee einen Bruch auszulösen und somit ein Whumpf zu provozieren (3). Da die Sensoren in einer Reihe im Schnee lagen und sich der Bruch von unserem Standort aus ausbreitet, wurde das Signal bei jedem Sensor weiter weg von uns zu einem späteren Zeitpunkt erfasst (4 und 5). Danach haben wir die Distanz zwischen den Sensoren gemessen (6). Als wir später die Sensoren ausgewertet haben, konnten wir mithilfe der GPS-Uhr den genauen Zeitpunkt bestimmen, an dem sich die Schneedecke beim jeweiligen Sensor setzte (sprich wann die Messung im Sensor ausschlug). Die verschiedenen Sensoren wurden dann miteinander verglichen und eine Zeitdifferenz errechnet. Mithilfe dieser und der Distanz konnte eine Geschwindigkeit errechnet werden. Diese war im Mittel um die 49m/s.

Methode 3: Grosse Ereignisse

Um die bisherigen Messwerte in einen praxisnahen Kontext zu bringen, wurden auch noch grosse Ereignisse (20m bis 400m) evaluiert. Dies geschah nochmals mithilfe einer anderen Methode. Dabei wurde ein Video einer Lawine georeferenziert. Das heisst: Verschiedene Geländepunkte werden auf einen Layer mit geographischen Informationen (Höhe und Distanz) in einem GIS-Programm übertragen.

_{Abbildung 8: Vorgehensweise für grosse Ereignisse}

Dafür wurden verschiedene Frames (Bilder) aus dem Video exportiert. Zuerst geschah dies mit dem Bild, bei welchem die Lawine gesprengt wurde (Zeichnung links). Sobald ein Riss in der Schneedecke das erste Mal sichtbar wurde, wurde das Video gestoppt und das zugehörige Bild exportiert (Zeichnung rechts). Auch dieses Bild wurde dann georeferenziert. Um die Geschwindigkeit zu berechnen, musste wiederum die Zeitdifferenz und die Distanz vom Auslösepunkt bis zum Riss berechnet werden. Die Zeitdifferenz kannten wir, weil wir wussten, wie weit die Frames im Video voneinander entfernt sind. Die Distanz konnten wir aus dem georeferenzierten Bild schliessen. Dabei wurde eine durchschnittliche Ausbreitungsgeschwindigkeit von 36m/s errechnet. 

Insgesamt sehen wir also, dass die Geschwindigkeit der Ausbreitung zwischen 36m/s (129 km/h) und 49m/s (176 km/h) liegt. Die Differenz dazwischen kommt aufgrund der verschiedenen Messstandorte und den verschiedenen Schneebedingungen sowie dem unterschiedlichen Schneedeckenaufbau zustande. Mitunter, weil die Messung so abhängig von diesen Faktoren ist, wird ein Übertrag dieser Ergebnisse in die Praxis schwierig. Und trotzdem, je mehr wir zum Thema Lawinen wissen, desto greifbarer wird dieses.