Bergsturz aus dem 3D-Drucker
Was passiert, wenn Wasser, Eis und mehr ins Tal donnern? Forschende am SLF
untersuchen dies an einem detailgetreuen 3D-Modell von der Region um
Blatten. Die Experimente sollen Computermodelle verbessern – und helfen,
Gefahren für Siedlungen und Infrastruktur zuverlässiger einzuschätzen.
- Bergstürze im Kleinformat: SLF-Forschende untersuchen Massenbewegungen
am 3D-Modell von Blatten.
- Grundlage von Computermodellen verbessern: Experimente zeigen, wie sich
Gemische aus Wasser, Eis und Gestein bewegen.
- Naturgefahren besser einschätzen: Die Modelle sollen zeigen, wo
Siedlungen und Infrastruktur bedroht sind.
Das Lötschental rund um Blatten (VS), darüber die Birchchinn-Rinne bis
hoch zum Kleinen Nesthorn. Alles glänzt blau. Dann öffnet sich eine
Klappe. Aus Richtung des Kleinen Nesthorns stürzt ein Gemisch aus Wasser,
Sand und Lehm ins Tal, lagert sich ab und bedeckt weite Teile. Es ist fast
wie 2025, als ein Bergsturz das Dorf Blatten fast vollständig zerstörte
und unter sich begrub. Aber in Klein, im Massstab 1:577. Kleiner als bei
einer Landschaft für Modelleisenbahnen, und ohne, dass hier Züge fahren.
«Wir wollen mit solchen Modellen herausfinden, wie sich Gemische aus
verschiedenen Materialien in der freien Natur bewegen», erklärt Johan
Gaume, Leiter der Forschungsgruppe Alpine Massenbewegungen am WSL-Institut
für Schnee- und Lawinenforschung SLF und ausserordentlicher Professor für
Alpine Massenbewegungen an der ETH Zürich.
Parallel zu solchen physischen Modellen entwickelt die Forschungsgruppe
auch virtuelle, am Computer. Sie zeigen Szenarien, was bei
Massenbewegungen in den Alpen passieren kann, vom Murgang bis zum
Bergsturz. In Zukunft sollen damit die Verantwortlichen für Naturgefahren
von Kantonen und Gemeinden erkennen, ob Infrastruktur oder gar Siedlungen
bedroht sind. «Damit diese Modelle zuverlässig sind, müssen sie anhand
sorgfältig kontrollierter Experimente gründlich geprüft werden», sagt
Gaume. Genau diese Experimente führt er an dem realen 3D-Modell durch.
Zusätzlich gewinnt er dabei wichtige Erkenntnisse, wie sich Gemische aus
Wasser, Eis und mehr bewegen, was passiert, wenn sie auf ein Hindernis
prallen, und vieles mehr.
Massenbewegung aus dem Eimer
Das Modell von Blatten ist nur das erste dieser Grösse (siehe Kasten).
Dazu haben sie mit Hilfe einer eigens programmierten Software die
Geländeform ausgewählt, in kleine Teile zerlegt und Stück für Stück die
circa 50 x 50 Zentimeter grossen Geländeteile gedruckt. Dann haben die
Forschenden das Modell in einem ehemaligen Militärbunker bei Davos, der
heute dem SLF gehört, zusammengesetzt, beschichtet und lackiert. «Das ist
wichtig, um die gewünschte Rauheit und die gewünschten optischen
Eigenschaften zu erzielen», sagt Hervé Vicari, wissenschaftlicher
Mitarbeiter am SLF, der die Idee hatte, ein Modell von Blatten zu drucken.
Zahlreiche Kameras, Laser, Sensoren sowie ein 3D-Scanner messen Grössen
wie Abflusshöhe, Geschwindigkeit, Auslaufstrecke, Ablagerung und
Aufpralldynamik der künstlichen Massenbewegung. Aus was die besteht und in
welchem Verhältnis die einzelnen Komponenten vorliegen müssen, berechnen
die Forschenden präzise und rühren die Mischung in einem Eimer an. Dann
füllen sie die Masse in einen Kasten am oberen Ende des Modells, öffnen
eine Klappe und starten so das Ereignis.
Zahlreiche Projekte geplant
Künftig können die Forschenden auf dem Unterbau auch andere Regionen und
Geländeformen montieren. «Es handelt sich hierbei nicht um ein
kurzfristiges Experiment, sondern um eine langfristige
Forschungsinvestition», erläutert Gaume. Zahlreiche Projekte sollen hier
laufen und unterschiedliche Effekte untersuchen, von der Erosion über den
Aufprall auf Hindernisse bis dahin, wie weit die Massen an Gegenhängen
hochlaufen. Momentan steht für Gaume ein Prozess im Mittelpunkt: «Derzeit
interessieren wir uns besonders für den Einfluss der Geländekrümmung auf
die Strömungsdynamik.»
Das Modell in Zahlen
- Masse des Strömungskanals:
Geneigter Abschnitt: 4,5 m x 2 m
Horizontaler Auslauf: bis zu 6 m Länge
- Masse des gedruckten topografischen Modells: 5,4 m x 4,5 m (max.)
- Oberfläche des Modells: ca. 12 qm
- Anzahl der gedruckten Teile: 56
- Druckzeit: ca. 100 Tage
- Maximale Einleitungsmasse: 1 t
- Derzeitiges Einleitungsvolumen: 48 l
- Wichtigste Messsysteme: Kameras, Laser, 3D-Scanner, Kraftmessplatte,
Porendrucksensoren
