Der Mann mit Gespür für Schnee

Der Schneeforscher Martin Schneebeli lässt sich nächstes Jahr auf einem Eisbrecher durch die Arktis treiben.

Martin Schneebeli in einer Kältekammer: Minus 20 Grad Celsius. Foto: Samuel Schalch

Martin Schneebeli in einer Kältekammer: Minus 20 Grad Celsius. Foto: Samuel Schalch

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Die Sonne lacht. Die Schneekristalle funkeln. Ein wunderbarer Wintertag in Davos. Martin Schneebeli läuft über den Hof des WSL-Instituts für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) in Richtung der Kältekammern, in denen er häufig die physikalischen Eigenschaften von Schnee erforscht. Natürlich wird der Forscher oft auf seinen Namen angesprochen: Wie kam es eigentlich dazu, dass sich sein Forschungsgegenstand im Namen niedergeschlagen hat? Schneebeli lacht. «Das ist Zufall. Der Name kommt aus der Region von Zürich, wo ich geboren wurde. Aber meine Eltern sagen, ich hätte mich schon früh wohlgefühlt im Schnee.»

Der Forscher öffnet eine Kältekammer. Darin herrschen minus 20 Grad Celsius. Rasch kriecht die Kälte in alle Glieder. Dann sagt Schneebeli etwas, bei dem man im ersten Moment denkt, man habe sich verhört: «Schnee ist eigentlich ein heisses Material.» Wie bitte, hier bei minus 20 Grad? «Sogar am kältesten Ort der Erde, in der Antarktis mit einer Temperatur von vielleicht minus 90 Grad, ist die Untersuchung von Schnee Hochtemperaturphysik.»

Nun ist Schneebeli nicht der Typ Mensch, der einen Besucher mit irrsinnigen Behauptungen hinters Licht führen würde. Wovon also spricht er? «In Bezug auf unsere Körpertemperatur ist Schnee natürlich kalt. Aber in der Materialwissenschaft wird ein Material als heiss bezeichnet, wenn sich dessen Temperatur relativ nah beim Schmelzpunkt befindet. Wenn beispielsweise ein Metall bei 1000 Grad schmilzt, dann ist das Metall per Definition oberhalb von 600 Grad heiss.»

Metamorphose der Moleküle

Übertragen auf den Schnee, bedeutet das: Wenn dessen Temperatur oberhalb von minus 110 Grad Celsius liegt, befindet er sich in einem Hochtemperaturzustand. «Hier in der Kältekammer bei minus 20 Grad ist Schnee sogar super heiss», sagt Schneebeli. Daher ist Schnee auf der Erde auch ständig im Wandel. Oft beginnt die Metamorphose schon in der Atmosphäre, wenn die Schneeflocken absinken, spätestens aber, wenn sie auf dem Boden gelandet sind. Die Flocken wachsen an den Berührungspunkten zusammen, sie sintern. Dort, wo die Schneedecke wärmer ist, verdunsten – oder in der Fachsprache: sublimieren – Wassermoleküle und lagern sich dort wieder an, wo die Schnee­decke kälter ist. «Innerhalb von zwei oder drei Tagen wird der Schnee komplett transformiert», sagt Schneebeli.

Die Untersuchung der Metamorphose von Schnee mit einem Mikro-Computertomografen ist eines von Schneebelis Spezialgebieten. Der Forscher hat einen kleinen Behälter gebaut, der mit Schnee gefüllt wird und den man oben heizen und unten kühlen kann. So entsteht in der Schneeprobe ein Temperaturgefälle wie in einer Schneedecke. «Mit dem Mikro-Computertomografen können wir die Schneemetamorphose untersuchen, ohne die Struktur des Schnees zu zerstören», sagt Martin Schneebeli. Mit den Daten lassen sich zum Beispiel Schneedeckenmodelle überprüfen und optimieren.

Schneebeli nimmt ein Modell einer Schneeschicht aus einem Koffer, ein etwa 15 Zentimeter hoher und 10 Zentimeter breiter Quader, der an einen Schwamm erinnert. Die oberste Schicht zeigt um ein Vielfaches vergrössert die Struktur von Neuschnee, viele kleine Schneepartikel sind eng verzahnt. In der Mitte des Modells sind die Schneekristalle zu einer fast durchgehenden Masse verschmolzen. Ganz unten befindet sich eine Schicht, die durch vertikale Strukturen charakterisiert ist. «Diese Säulenstrukturen entstehen, da der Transport der Wassermoleküle in der Schneedecke vorwiegend vertikal verläuft», sagt Schneebeli.

Wenn ein Skifahrer den Schnee über solch einer Schicht aus Säulen belastet, können diese in einer Kettenreaktion brechen und eine Lawine auslösen. Kippen die Säulen unter Druck, kann sich die Schneeschicht auch verdichten, neu verzahnen und stabilisieren. Eine Lawinenprognose sei eigentlich die Kunst zu wissen, welcher Prozess dominiert: eine stabilisierende Verdichtung oder der destabilisierende Aufbau von Säulen.

Martin Schneebeli (60) hat Zürich schon früh verlassen. Den Kindergarten besuchte er in Bern, die Jugend verbrachte er zunächst in Winterthur, dann in Kriens bei Luzern. «Mein Vater hat Druckereien geleitet und wiederholt den Job gewechselt.» Als Schneebeli und sein Bruder grösser waren, studierte die Mutter an der Universität Zürich Botanik. Er selbst hat sich für das Studium des Kulturingenieurwesens entschieden. Die Doktorarbeit verfasste er zur Regeneration von Hochmooren. «90 Prozent der Hochmoore der Schweiz wurden entwässert. Diese sehr wertvollen Biotope will man wiederherstellen.»

Nach der Doktorarbeit fand er eine Stelle am SLF in Davos, wo er zunächst die Bedeutung des Waldes als Schutz vor Lawinen untersuchte: Wie dicht muss ein Bergwald sein, damit keine Lawinen losbrechen? «Im Rahmen dieses Projekts habe ich gemerkt, dass die Methoden der Schneeanalyse noch rudimentär waren. So habe ich mich auf die Schneephysik fokussiert.»

Als eines der ersten Instrumente hat Schneebeli am SLF gemeinsam mit einem amerikanischen Kollegen den sogenannten SnowMicroPen entwickelt. Das ist eine tragbare Sonde, deren Spitze sich in den Schnee bohrt und 250-mal pro Millimeter die dafür nötige Kraft aufzeichnet. Je nach Beschaffenheit des Schnees ist der Druckwiderstand anders. So lassen sich mit dem Snow­MicroPen die nur wenigen Millimeter dicken und mit blossem Auge kaum sichtbaren Schwachschichten identifizieren. «Das Gerät ist heute zu einem Standard für die Schneedeckenbeurteilung geworden», sagt Schneebeli.

Arktischer Schnee in 3-D

Aktuell beschäftigen er und sein Team sich unter anderem mit der Fernerkundung des Schnees mit Satelliten. Diese messen vom Schnee reflektierte elektromagnetische Strahlung. Ziel ist es, daraus etwas über den Aufbau der Schneedecke zu erfahren, insbesondere in den Polargebieten. Mit dem SnowMicroPen hat Schneebeli daher auch dort den Aufbau der Schneedecke untersucht, was wiederum in die mit den Satellitendaten gefütterten Schneedeckenmodelle einfliesst. «Das ist vor allem wegen des auftauenden Permafrosts und wegen des schmelzenden Meereises ein aktuelles und relevantes Thema.»

Besonders gespannt ist Schneebeli daher auf das Projekt Mosaic (Multi­disciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate): Im September 2019 wird der Eisbrecher Polarstern im Eis des Arktischen Ozeans eingefroren, um ein Jahr mit dem Meereis Richtung Spitzbergen zu driften. Mit an Bord sind unter anderem Schneebeli und ein Mikro-Computertomograf, mit dem sich das arktische Meereis untersuchen lässt. «Das ist das erste Mal», sagt Schnee­beli, «dass wir den arktischen Schnee vor Ort in drei Dimensionen untersuchen und dessen physikalische Eigenschaften präzise bestimmen können.»

Erstellt: 28.12.2018, 23:49 Uhr

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