Forskare från EPFL och WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF har fått djupare insikter i hur snöplattelaviner bildas, vilket banar väg för effektivare riskbedömningsåtgärder för dessa katastrofala händelser som orsakar fler lavinolyckor och dödsfall varje år än andra typer av laviner.

Teamet av EPFL- och SLF-forskare gjorde en upptäckt som representerar ett paradigmskifte som avsevärt kan påverka deras forskningsnisch. Genom att utöka skalan för simuleringar av snöplattor från en meter till hundra meter fick de en bättre förståelse för mekanismerna bakom dessa händelser. Deras upptäckt illustrerar också de fördelar som framsteg inom datorprocessorkraft kan ge de metoder som används för att observera komplexa fysiska fenomen. Teamets resultat visas i Naturfysik .

Deras arbete bygger på en studie från 2018 av EPFL-professorn Johan Gaume och forskare vid University of California i Los Angeles. Den första studien, publicerad i Nature Communications , beskriver en 3D-simuleringsmetod som forskarna utvecklade för att modellera snöplattor laviner med oöverträffad precision. Idag är Gaume chef för EPFLs Snow and Avalanche Simulation Laboratory (SLAB), inom EPFLs School of Architecture, Civil and Environmental Engineering (ENAC), och är knuten till SLF Institute; han och hans Ph.D. eleven Bertil Trottet tog studien vidare genom att tillämpa den i större skala – och gjorde en överraskande upptäckt. De fann att sättet på vilket sprickor sprider sig förändras under släppprocessen av skivlavinen. Till exempel observerade de sprickutbredningshastigheter som översteg 100 meter per sekund, vilket är långt över de hastigheter på cirka 30 meter per sekund som vanligtvis mäts i experiment. Först trodde de två forskarna att de hade gjort ett misstag.

Supershear sprickförökning

Snöplattor kännetecknas av en skarp och bred spricklinje som uppstår i toppen av den frigjorda snömassan. En sådan lavin bildas när ett tätt lager av snö (plattan) ligger ovanpå ett svagt snölager med liten sammanhållning. När en lavin utlöses, till exempel av en skidåkare, kollapsar det svaga lagret och plattan tappar sin underliggande stödstruktur. Den efterföljande böjningen av plattan är en av de viktigaste drivkrafterna för sprickutbredning. Det var åtminstone den mekanism som föreslagits av experiment och numeriska modeller fram till nu, baserade på testade och simulerade plattor som mäter mindre än två meter långa.

Men genom att modellera plattor som mäter cirka 100 meter, fann EPFL- och SLF-forskarna att när sprickutbredningen sträcker sig över cirka tre till fem meter, blir plattans spänning den enda drivkraften för frisättningsprocessen, vilket gör att det svaga lagret misslyckas under skjuvning. Detta fenomen liknar den så kallade "supershear"-brottmekanismen som observerats i de sällsynta jordbävningar med hög magnitud som har rapporterats hittills. "Vi kände att vi var inne på något viktigt, men vi behövde experimentella data för att bekräfta det", säger Gaume.

Videoanalyser

Sedan gav en rad tillfälligheter Trottet och Gaume en möjlighet att bekräfta sin upptäckt. Först deltog Gaume i en konferenspresentation där Ron Simenhois från Colorado Avalanche Information Center beskrev en högteknologisk videoanalysmetod han arbetar med. Ungefär samtidigt skickade Mathieu Schaer – en före detta miljöingenjörsstudent från EPFL som nu är professionell snowboardåkare och ingenjör på MétéoSuisse – till Gaume en video som visar hur han med nöd och näppe undkom en stor lavin på snöplattor.

– Lavinen inträffade i Col du Cou i de schweiziska alperna, säger Gaume. "Vi hade snödata om evenemanget, och Schaers video var av utmärkt kvalitet eftersom han filmade för en snowboardfilm. Genom att analysera videon och undersöka de olika parametrarna kunde vi bekräfta resultaten av vår modell för första gången. " Totalt tillät fyra laviner i den verkliga världen forskarna att bekräfta en övergång från ett "anticrack"-utbredningsläge till det "supershear"-läge som rapporterades under några stora jordbävningar. Baserat på dessa rön utvecklar SLF-institutet nu större experimentanläggningar i Davos för att få ytterligare insikter om utsläppsprocessen för snöplattor.

Mot förbättrad farobedömning

Deras arbete kommer att hjälpa snöforskare att komma med nya antaganden som kan förenkla datormodeller av laviner och förkorta den nödvändiga beräkningstiden avsevärt - från flera dagar till bara några minuter. De förbättrade modellerna skulle kunna användas för att bestämma storleken på laviner, till exempel, vilket är avgörande information för effektiv riskförutsägelse och hantering. + Utforska vidare

Mot bättre prognoser för hälllaviner