Wetenschappers van EPFL en het WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF hebben een dieper inzicht gekregen in hoe lawines van sneeuwplaten ontstaan, wat de weg vrijmaakte voor effectievere risicobeoordelingsmaatregelen voor deze catastrofale gebeurtenissen die elk jaar meer lawine-ongevallen en dodelijke slachtoffers veroorzaken dan andere soorten lawines. lawines.

Het team van EPFL- en SLF-wetenschappers deed een ontdekking die een paradigmaverschuiving vertegenwoordigt die hun onderzoeksniche aanzienlijk zou kunnen beïnvloeden. Door de schaal voor lawinesimulaties van sneeuwplaten uit te breiden van een meter naar honderd meter, kregen ze een beter begrip van de mechanismen die aan deze gebeurtenissen ten grondslag liggen. Hun ontdekking illustreert ook de voordelen die vooruitgang in computerverwerkingskracht kan opleveren voor de methoden die worden gebruikt om complexe fysieke verschijnselen te observeren. De bevindingen van het team staan ​​in Nature Physics .

Hun werk bouwt voort op een studie uit 2018 door EPFL-professor Johan Gaume en wetenschappers van de University of California in Los Angeles. Die eerste studie, gepubliceerd in Nature Communications , beschrijft een 3D-simulatiemethode die de onderzoekers ontwikkelden om lawines van sneeuwplaten met ongeëvenaarde precisie te modelleren. Tegenwoordig is Gaume het hoofd van EPFL's Snow and Avalanche Simulation Laboratory (SLAB), binnen EPFL's School of Architecture, Civil and Environmental Engineering (ENAC), en is hij verbonden aan het SLF Institute; hij en zijn Ph.D. student Bertil Trottet ging verder met het onderzoek door het op grotere schaal toe te passen en deed een verrassende ontdekking. Ze ontdekten dat de manier waarop scheuren zich voortplanten verandert tijdens het loslaatproces van de plaatlawine. Ze observeerden bijvoorbeeld scheurvoortplantingssnelheden van meer dan 100 meter per seconde, wat veel hoger is dan de snelheden van ongeveer 30 meter per seconde die typisch worden gemeten in experimenten. Eerst dachten de twee wetenschappers dat ze een fout hadden gemaakt.

Supershear-scheurvoortplanting

Sneeuwplaatlawines worden gekenmerkt door een scherpe en brede breuklijn die optreedt aan de bovenkant van de vrijgekomen sneeuwmassa. Zo'n lawine ontstaat wanneer een dichte laag sneeuw (de plaat) bovenop een slappe sneeuwlaag ligt met weinig samenhang. Wanneer een lawine wordt veroorzaakt, bijvoorbeeld door een skiër, bezwijkt de zwakke laag en verliest de plaat zijn onderliggende draagstructuur. De daaropvolgende buiging van de plaat is een van de belangrijkste oorzaken van scheurvoortplanting. Dat was althans het mechanisme dat tot nu toe door experimenten en numerieke modellen werd gesuggereerd, gebaseerd op geteste en gesimuleerde platen van minder dan twee meter lang.

Maar door platen van ongeveer 100 meter te modelleren, ontdekten de EPFL- en SLF-wetenschappers dat zodra de scheurvoortplanting zich verder dan ongeveer drie tot vijf meter uitstrekt, de plaatspanning de enige drijvende kracht wordt achter het loslaatproces, waardoor de zwakke laag bezwijkt onder afschuiving. Dit fenomeen is vergelijkbaar met het zogenaamde "supershear"-breukmechanisme dat is waargenomen bij de zeldzame aardbevingen van hoge omvang die tot nu toe zijn gemeld. "We hadden het gevoel dat we iets belangrijks op het spoor waren, maar we hadden experimentele gegevens nodig om dit te bevestigen", zegt Gaume.

Video-analyses

Toen gaven een reeks toevalligheden Trottet en Gaume de kans om hun ontdekking te bevestigen. Eerst woonde Gaume een conferentiepresentatie bij waarin Ron Simenhois van het Colorado Avalanche Information Center een hightech video-analysemethode beschreef waaraan hij werkt. Rond dezelfde tijd stuurde Mathieu Schaer - een voormalige EPFL-student milieutechniek die nu een professionele snowboarder en een ingenieur bij MétéoSuisse is - Gaume een video waarin hij laat zien hoe hij ternauwernood ontsnapte aan een grote lawine van sneeuwplaten.

"De lawine deed zich voor op de Col du Cou in de Zwitserse Alpen", zegt Gaume. "We hadden sneeuwgegevens over het evenement en de video van Schaer was van uitstekende kwaliteit omdat hij aan het filmen was voor een snowboardfilm. Door de video te analyseren en de verschillende parameters te onderzoeken, konden we de resultaten van ons model voor de eerste keer bevestigen. " In totaal hebben vier echte lawines de wetenschappers in staat gesteld een overgang te bevestigen van een "anticrack" -voortplantingsmodus naar de "supershear" -modus die werd gerapporteerd tijdens enkele grote aardbevingen. Op basis van deze bevindingen ontwikkelt het SLF Institute nu grootschaligere experimentele faciliteiten in Davos om meer inzicht te krijgen in het proces van vrijkomen van sneeuwplaatlawines.

Naar een betere gevarenbeoordeling

Hun werk zal sneeuwonderzoekers helpen nieuwe veronderstellingen te bedenken die computermodellen van lawines kunnen vereenvoudigen en de vereiste rekentijd aanzienlijk kunnen verkorten - van enkele dagen tot slechts enkele minuten. De verbeterde modellen kunnen worden gebruikt om bijvoorbeeld de omvang van lawines te bepalen, wat cruciale informatie is voor effectieve risicovoorspelling en -beheer. + Verder verkennen

Naar betere voorspellingen van plaatlawines