Welt der Wissenschaft | Lawinenauslösung durch Schall?

Das österreichische Bundesheer übt derzeit das Fliegen mit seinen so genannten Eurofightern. Das sind jene berühmt-berüchtigten Kampfflugzeuge vom Typ Typhoon der Eurofighter Jagdflugzeug GmbH, die von der Regierung Schüssel in einem "undurchsichtigen, möglicherweise von Schmiergeldzahlungen in Höhe von 100 Millionen begleiteten" Vorgang für das Heer angeschafft wurden (Wikipedia)

Bis 17. November sind Flugmanöver geplant, bei denen zwei mal am Tag Überschallgeschwindigkeiten erreicht werden sollen. Diese Flüge hätten eigentlich im Raum Salzburg stattfinden sollen, aufgrund der Schneelage wurden sie nun aber ins Flachland verlegt. "Es liegt dort in Salzburg, Tirol, Vorarlberg und Kärnten dermaßen viel Schnee, dass Lawinen durch einen Überschallknall ausgelöst werden könnten," wird Major Martin Baierer von der Luftraumüberwachung zitiert. ORF Meldung.

Kann Schall Lawinen auslösen?

Lawinen gehen in der Regel entweder von selber ab, etwa durch die immer mehr zunehmende Belastung durch Neuschnee während einem Niederschlagsereignis, oder sie werden durch externe Krafteinwirkung an der Oberfläche ausgelöst, beispielsweise durch Skifahrer oder Lawinensprengungen.

Eine SLF Studie (Reuter, B, Schweizer, J, 2009. Avalanche triggering by sound: myth and truth. International Snow Science Workshop Davos, Processdings) befasst sich mit der Frage, ob Lawinen auch durch lautes Rufen, Flugzeuge oder eben einen Überschallknall ausgelöst werden können:

Jede Art von Geräusch produziert Wellen in der Luft, die sich mit Schallgeschwindigkeit (ca 340m/s) ausbreiten. Schallwellen sind Longitudinalwellen, das heißt sie schwingen in ihrer Ausbreitungsrichtung. (Wenn man sich eine Welle vorstellt, denkt man meistens an Transversalwellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen.) Schallwellen sind Druckwellen – Luft unterschiedlicher Dichte bewegt sich von der Geräuschquelle zu unserem Ohr.

Die Krafteinwirkung auf eine Schneedecke, die durch lautes Rufen, Flugzeuglärm, Überschallknall und durch Sprengungen produzierte Druckwellen zustande kommt, lässt sich physikalisch beschreiben als das Auftreffen und Eindringen der jeweiligen Wellen in die Schneedecke. (Ein Skifahrer auf der Schneeoberfläche wird hingegen meist als oberflächennahe Krafteinwirkung auf einen elastischen Halbraum angenähert. Merke: ein Skifahrer ist keine Welle.)

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Foto: Bundesheer/Markus Zinner

Lawinensprengungen

Die durch Geräusche oder Sprengung produzierten Druckwellen dringen also in die Schneedecke ein und beeinflussen diese. Beim Übergang von der Luft in den Schnee geht aber einiges an Wellenenergie verloren. Sprengsätze zündet man am besten 1 bis 2 Meter über der Schneeoberfläche, da die Wellen sich so über eine größere Fläche ausbreiten, bevor sie im Schnee ankommen, in dem sie sich dann nicht mehr weit ausbreiten können. So wird der Wirkungsradius der Sprengung erhöht. Würde man den Sprengsatz im Schnee zünden, würde der Schnee sie quasi verschlucken und die Druckwelle würde sich kaum ausbreiten.

Bei Lawinensprengungen definiert man die „effektive Reichweite“ als jenen Bereich, in dem durch die Sprengung in 50cm Schneetiefe mindestens so viel Kraft einwirkt, wie sie ein Skifahrer aufbringen würde. Messungen haben gezeigt, dass Skifahrer eine dynamische Belastung von etwa 200 bis zu 1200Pa auf den Schnee ausüben. Um sicher zu gehen, nimmt man für die Berechnungen der Sprengreichweite Werte von etwa 1500Pa an - diesen Wert muss der Explosionsdruck der Sprengung also mindestens erreichen. Zündet man einen 2.5kg Sprengsatz in einem Meter Höhe, ergibt sich so eine effektive Reichweite von etwa 40m.

Für einen lauten Schrei wird ein Schalldruck von 2Pa angeben und für ein Düsenflugzeug 20Pa, also sehr viel weniger, als ein Skifahrer schafft. Ein landender Hubschrauber verursacht in der Schneedecke nur Belastungen von um die 10Pa.

Überschallknall

Als Überschallknall wird in der Regel die Schockwelle bezeichnet, die ein Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit "hinter sich her zieht", bzw. der hörbare Teil der Schockwelle. An einer bestimmten Position hört man den Knall zwar nur einmal, die Welle ist aber da, so lange das Flugzeug mit Überschallgeschwindigkeit fliegt. Sie erreicht den Boden also nicht nur an einem Punkt, sondern relativ flächig und eben während der gesamten Dauer des Überschallfluges.

Durch Überschallflug verursachte Schockwelle. Der Beobachter hört den Knall, wenn der Kegel seine Position zum ersten Mal streift.

Wikipedia CC

Ältere Studien aus den 1960er und 70er Jahren zum Thema Überschallknall und Lawinen enthalten Messwerte von 200 bis über 500 Pa Schalldruck am Boden bei einem 900m über dem Boden fliegendem Überschallflugzeug (die Eurofighter fliegen bei den Übungen laut Angaben des Heeres auf über 12500m Seehöhe, um die Lärmbelästigung am Boden zu verringern). Während der charmant titulierten "Operation Bangavalanches" registrierte man bei 20 entsprechenden Testflügen nur bei einem Flug einige kleine Lockerschneelawinen, in Kombination mit überdurchschnittlichem Schalldruck. Die Flüge wurden über einen Zeitraum von 7 Tagen bei "kritischer" Lawinensituation durchgeführt. 1965 wurden in einem ähnlichen Versuch überhaupt keine Lawinen ausgelöst, allerdings bei allgemein geringer Lawinengefahr. In einer weiteren Studie im Jahr 1972 wurde die Krafteinwirkung des Überschallknalls mittels Sprengstoff simuliert. Hier gelang es in 3 von 4 Fällen Lawinen auszulösen, aber nur bei Belastungswerten von deutlich über 500Pa.

Reuter und Schweizer gehen in der jüngeren Studie davon aus, dass es bei geringer Stabilität Belastungen von 200-500Pa braucht, um einen Bruch in einer Schwachschicht zu produzieren. Bei stabilerer Schneedecke sind entsprechend größere Belastungen nötig.

Zusammenfassend:

Belastungen durch unterschiedliche Druckwellen nach SLF Studie:

Lauter Schrei: 2Pa
Düsenflugzeug: 20Pa
Überschallknall: 200Pa (je nach Studie bis zu 500Pa)
Sprengung: >1500Pa
Aufzubringen für Bruch in Schwachschicht bei sehr ungünstiger Lawinensituation: 200-500Pa.

Es gibt soweit uns bekannt keine gesicherten Beispiele von Lawinen, die definitiv durch einen Überschallknall ausgelöst wurden. Die Ergebnisse praktischer Versuche in den 1960er und 70er Jahren, bei denen tatsächlich Lawinen mittels Überschallknall provoziert werden sollten, deuten darauf hin, dass Lawinenauslösungen in Folge von Überschallflügen sehr unwahrscheinlich sind. Die Möglichkeit, mit Überschallflügen Lawinen auszulösen, ist also eine sehr theoretische.

Dass das Bundesheer trotzdem auf Nummer sicher gehen will, ist natürlich legitim. Der Lawinensachverständige und Bergführerausbildner Paul Mair, durch den wir auf dieses Thema aufmerksam geworden sind, kritisiert aber die eher reißerische Berichterstattung in den Medien angesichts der sehr geringen Wahrscheinlichkeit von Lawinenauslösungen durch die Eurofighterübung:

"Was bleibt und durch sowas verstärkt wird, ist die allgemeine Lawinenhysterie."