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Von Windwurf und Windbruch

Von Windwurf und Windbruch

Von Windwurf und Windbruch

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Bürger | veröffentlicht am: 01 Oktober 2021 | aktualisiert am: 06 Oktober 2021

Sturmschäden werden oft im Herbst und Winter erwartet, seltener im Sommer. Das hängt damit zusammen, dass die Stürme der kühlen Jahreszeit weiträumig an die dann stärker ausgeprägten Tiefdruckgebiete gebunden sind. Die bis zur Orkanstärke heftigen Windböen im Sommer aber treten lokal auf, in der Regel ursächlich verbunden mit Gewittern.

Sturmschäden werden oft im Herbst und Winter erwartet, seltener im Sommer. Das hängt damit zusammen, dass die Stürme der kühlen Jahreszeit weiträumig an die dann stärker ausgeprägten Tiefdruckgebiete gebunden sind. Die bis zur Orkanstärke heftigen Windböen im Sommer aber treten lokal auf, in der Regel ursächlich verbunden mit Gewittern.
Unter bestimmten Voraussetzungen gewinnt bodennahe warme und wasserdampfreiche Luft an Auftrieb, erreicht Höhen bis gegen 13 km. Oberhalb von 3 bis 4 km liegt die Temperatur unter dem Gefrierpunkt des Wassers, um minus 50 0 C in den oberen Regionen. Die warme aufsteigende Luft wird ersetzt durch absinkende Luft. Verdampfendes Eis (Hagel) oder Regen entzieht der Luft so viel Wärme, dass sie als schwere Kaltluft große Fallenergie erhält. Sie zeigt sich am Boden in böigem Wind von örtlich und kurzzeitig großer Stärke.

Am 24. und besonders am 25. Juli 2021 ist das Staffelseegebiet von Hagel und Sturm heimgesucht worden. Am zweiten Datum wurde eine Zone nördlich unserer Ortschaft Uffing getroffen. Es kam zu so schweren Schäden an Bäumen wie auch an Gebäuden, dass auf selten starke Kräfte geschlossen werden darf.

Zu unterscheiden sind Windwurf, ein Baum stürzt mit dem nicht mehr im Boden verankerten Wurzelwerk um und Windbruch, bei dem Krone, Stamm oder Äste brechen.

Allgemein zu den Kräften

Die voll belaubten Bäume stellen, mehr als im Winter, einen erheblichen Windfang dar. Der (horizontale) Winddruck ist durch die Turbulenz zeitlich und räumlich variabel anzunehmen. Dadurch werden Bäume zu Schwingungen angeregt. Unsymmetrisch angreifender Winddruck ergibt ein Drehmoment. Darüber hinaus führt eine Beschleunigung der Luft über den Kronen zu einer Verminderung des (vertikalen) Luftdruckes, ergibt damit vertikalen Sog. 

Die hier angeführten Kräfte möge sich der Leser vorstellen als wirksam auf einzelne Bäume, Teile von Bäumen (Äste) wie auch Baumbestände. Das Innere zusammenhängender verschieden dichter Wälder ist zu unterscheiden von Waldrändern und Lichtungen. Dazu wirken windleitende, den Luftstrom verzögernde oder beschleunigende Geländeformen.

Die Windkräfte lösen Gegenkräfte aus. Sie beanspruchen die Eigenschaften des Holzes, biegen und drehen es (Änderungen der Form). Die Kräfte des Windes und Spannungen im Holz werden über das Wurzelwerk auf den Boden übertragen. Art und Zustand des Bodens, abhängig unter anderem vom Wassergehalt, führen beim Windwurf eine Rolle, auch ob ein Gewittersturm aus einer anderen Richtung als der dem Windklima des Standorts angepassten Verwurzelung angreift.

Windwurf durch Schwingungen

Durch Reibung der bewegten Luft an Bäumen werden Wirbel aus- und abgelöst. Sie driften mit dem Wind davon. Die Energie, welche in den Wirbeln steckt, geht auf Kosten des Windes. Das zeigt sich seitens der Bäume in geleistetem Druckwiderstand.

Bäume, festgehalten im Boden, mit dem größten Bewegungsausschlag an den Spitzen des Stammes oder der Äste, stellen schwingungsfähige Systeme dar. Die Druckkraft durch den Wind ist zeitlich nach Richtung und Stärke veränderlich, eine Folge der Turbulenz. Sie ist, es sei hier wiederholt, verursacht durch die Zähigkeit der Luft und die von Wirbeln bedingten Druckwiderstände. Windstöße einerseits, Spannkraft im Holz andererseits, erregen die Bäume oder ihre Teile zu pendelähnlichen Bewegungen.

In der Regel sind Bäume über ihr Wurzelwerk nicht starr im Boden festgehalten. Energie der Schwingungen, übertragen von den Stämmen, vermag die Verwurzelung zu lockern oder plötzlich vom Boden abzureißen. Der Baum mit Wurzelballen kippt.

Jedes schwingungsfähige System hat eine Eigenfrequenz seiner Schwingung. Sie hängt ab u.a. von Masse und Geometrie. Wenn die Stöße des Windes einen Baum mit ungefähr seiner Eigenfrequenz anregt, so kann dem Baum mehr Bewegungsenergie zugeführt werden als durch dämpfende Reibung in Wärme umgewandelt wird. 

Wenn also die Maxima und Minima des Windes gleichsinnig eintreffen, wenn ein Baum gerade die äußersten Positionen seiner Bewegung durchläuft, dann ist Resonanz gegeben. Die Schwingungen schaukeln sich auf bis hin zu destruktiven Schäden, auch Windbruch.

Windbruch durch Biegen oder Drehen

Wenn ein Baum oder Ast durch Windfang (Druckwiderstand) seines Laub- oder Nadelwerks gebogen wird, treten auf der dem Druck zugewandten und davon weggebogenen Seite Zugspannung, der entgegen gesetzten Seite Druckspannung auf. Denn die Oberflächenschicht der gedehnten Seite ist vergrößert, auf der gestauchten Seite verringert. Dazwischen liegt die neutrale Faser, die spannungslos bleibt. Die Elastizität entscheidet, ob die Spannungen zu Brüchen führen.

Wenn der Druckwiderstand an gegenüberliegenden Seiten eines Baumes verschieden stark angreift, so tritt ein Drehmoment auf. Man denke sich Bäume an einem Waldrand, welche fast nur an der dem Freiland zugewandten Seite vom Wind (streifend) Energie aufnehmen. Es erfolgt eine Torsion der Struktur des Baumstammes, abhängig von seinen elastischen Eigenschaften.

Nur bei exakt kreisförmigem Querschnitt des Stammes oder Astes bleibt dieser bei einer Torsion (Drillung) eine ebene Fläche. In allen anderen Fällen, in der Natur der Gehölze eher ein leicht elliptischer Querschnitt, treten Verformungen auf in dem sich der Querschnitt teils hebt, teils senkt. Die dadurch bedingten Spannungen tragen erheblich zum Windbruch bei.

Reinhard Mook

(veröffentlicht in Hoagart 01 | Oktober 2021, siehe unten, Seite 46 bis 47)

 

 

 

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