Pyroklastische Ströme: Treibende Kraft der tödlichen Gefahr aufgedeckt

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Massey-Vulkanologen haben die treibende Kraft hinter hoch erhitzten Gas- und Aschewolken infolge von Vulkanausbrüchen entdeckt, sogenannte pyroklastische Ströme. Dies kann helfen, Leben und Infrastrukturen rund um den Globus zu schützen.

Pyroklastische Ströme sind die häufigste und tödlichste vulkanische Bedrohung, die 500 Millionen Menschen weltweit gefährdet und 50 Prozent der Todesfälle durch vulkanische Aktivitäten verursacht.

Sie entstehen, wenn eine manchmal einige kilometerhohe Gas- und Gesteinssäule während eines Vulkanausbruchs durch die Schwerkraft in sich zusammenstürzt und talwärts rast. Sie können hierbei eine Temperatur zwischen 300 und 800°C und Geschwindigkeiten von bis zu 700 km/h erreichen. Selbst Wasser kann sie nicht stoppen.

Plinius der Jüngere beobachtete im Jahr 79 den Ausbruch des Vesuvs und beschrieb dabei eine zu Tal stürzende schwarze Wolke.

Eine der Herausforderungen bei der Untersuchung dieser Phänomene ist, dass sie im wirklichen Leben nicht messbar sind. Mit Hilfe der Massey’s Pyroclastic Flow Eruption Large-scale Experiment (PELE) Eruption Simulatoranlage war das Team in der Lage, das natürliche Verhalten vulkanischer Gefahren zu simulieren und diese Ströme so zu erzeugen, wie sie in der Natur vorkommen, aber in kleinerem Umfang.

Gert Lube erklärt die neuesten Erkenntnisse über pyroklastische Ströme.
(Video: Massey Univ.)

Bisher konnten die Wissenschaftler den für die sehr hohe Mobilität dieser Ströme verantwortlichen Mechanismus nicht finden und frühere Modelle waren nicht in der Lage, ihre Geschwindigkeit, ihren Auslauf und ihre Verbreitung durch Gefahrenmodelle genau vorherzusagen, die Leben und Infrastruktur gefährden.

Professor Gert Lube, Professor an der Massey University, sagt, dass durch ihre einzigartigen Experimente der rätselhafte Mechanismus hinter den Reibungsverhältnissen aufgeklärt wurde.

“Mit mehreren Tonnen Bimsstein und Gas in Bewegung, haben unsere groß angelegten Ausbruchssimulationen das Strömungsrätsel aufgedeckt, das die Forscher seit Jahrzehnten verblüfft. Wir haben ein reibungsarmes Luftpolster gemessen, das in diesen Strömungen selbst erzeugt wird und seine Bewegung fortsetzt. Das resultierende Strömungsverhalten konnten wir mathematisch beschreiben. Es gibt einen internen Prozess, der der körnigen Reibung entgegenwirkt, bei dem sich die Luftschmierung unter hoher Basalscherung entwickelt, wenn die Luft lokal durch umgekehrte Druckgradienten nach unten gedrückt wird und die Partikel nach oben verdrängt.

“Dies erklärt, wie sich die Strömungen über Hänge ausbreiten, gewundene Fließwege umgehen und raue Substrate und ebenes und steigendes Gelände ignorieren können, ohne sich zu verlangsamen.”
Von außen betrachtet verhalten sich pyroklastische Ströme eher wie Wasser als ein Erdrutsch.

Aufbau und Ablauf der einzelnen Experimentsequenzen. (Video: Massey Univ.)

“Die Entdeckung erfordert eine Neubewertung der globalen Strategien und Modelle zur Risikominderung, die darauf abzielen, die Geschwindigkeit, den Auslauf und die Verteilung dieser Strömungen vorherzusagen. Die Entdeckung dieses Luftschmierungsmechanismus eröffnet einen neuen Weg zu zuverlässigen Vorhersagen der pyroklastischen Strömungsbewegung und des extremen Auslaufpotenzials dieser tödlichen Strömungen, wodurch zukünftige Verluste reduziert werden können. Es wird sowohl von Gefahrenexperten als auch von Entscheidungsträgern genutzt und soll zu einer umfassenden Überarbeitung der Prognosen für vulkanische Gefahren führen.”

Der Artikel “Generation of air lubrication within pyroclastic density currents” wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.



Veröffentlichung: Gert Lube et al. Generation of air lubrication within pyroclastic density currents, Nature Geoscience (2019). DOI: 10.1038/s41561-019-0338-2

Quelle: off. Pm der Massey University

Titelbildunterschrift: Gipsabdrücke von Hohlräumen, die Opfer in Pompeiji, dort verschüttet 79 n.Chr hinterlassen haben. (Bild: neu bearbeitet, CC BY-SA 3.0, Klaus Ableiter, Wikimedia)



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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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