20.12.2022

Was Lawinen und Vulkane gemeinsam haben

Staublawinen und pyroklastische Ströme weisen beide einen pulsierenden Charakter auf.

Kalte Staublawinen und heiße pyroklastische Ströme nach Vulkanausbrüchen: Trotz aller Unterschiede haben diese Natur­gefahren auch Gemeinsam­keiten – und eine immense Zerstörungskraft. Forscher aus beiden Themen­bereichen haben unabhängig voneinander herausgefunden, dass pulsierende Strömungen dafür verantwortlich sind. Ein vom Schweizerischen Nationalfonds unterstütztes Forschungs­projekt will dem Ursprung dieses noch unbekannten Phänomens auf den Grund gehen.

 

Abb.: Lawinenversuch im Testgelände Vallée de la Sionne, Wallis, Schweiz...
Abb.: Lawinenversuch im Testgelände Vallée de la Sionne, Wallis, Schweiz (Bild: M. Heggli, SLF)

In einer Staublawine laufen komplexe physikalische Prozesse ab. Sie besteht im Wesentlichen aus drei Schichten, die während des Niedergangs miteinander interagieren: eine dichte granulare Grundschicht, ein Übergangsbereich in Form einer pulsierenden turbulenten Strömung sowie eine verdünnte turbulente Schwebeschicht mit feinsten Partikeln (eine Staubwolke) die das Ganze bedeckt. Um diese Vorgänge zu verstehen und die Zerstörungs­kraft von Lawinen richtig abzuschätzen, schauen Forscher des Schweizer Instituts für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Davos, bei Experimenten im Lawinentestgelände im Vallée de la Sionne, Gemeinde Arbaz, Wallis, mit Mess­instrumenten und Sensoren ins Innere der Lawinen. Bisherige Messungen deuten nun darauf hin, dass möglicherweise hoch­energetische Impulse innerhalb einer Staublawine für die zerstörerische Wirkung verantwortlich sind. Sie zeigen zudem, dass sich Wellen auf der dichten Grundschicht ausbreiten und sich große zusammen­hängende Strukturen in der Übergangsschicht bilden. Diese Vorgänge sind eng mit der zerstörerischen Impuls­bildung verbunden.

Zur gleichen Erkenntnis gelangten auch Vulkanforscher aus Neuseeland: Auch pyroklastische Ströme – heiße Ströme aus Asche und Gas, die nach Vulkan­ausbrüchen auftreten – weisen einen pulsierenden Charakter auf. Im Unterschied zu Staublawinen sind diese Ströme jedoch sehr heiß, was deren Untersuchung erschwert. Doch zeigen groß angelegte Experimente sowie direkte Messungen im Innern der pyroklastischen Ströme des verheerenden Ausbruchs des Whakaari, White Island, Neuseeland, am 9. Dezember 2019: Es ist der turbulente und pulsierende Übergangs­bereich, der für die Zerstörungskraft der pyroklastischen Ströme verantwortlich ist und diese noch verstärkt.

Die Forscher möchte nun dem Ursprung der zerstörerischen Impulse auf den Grund gehen und die physikalischen Mechanismen noch besser verstehen. Ermöglichen sollen dies neuartige Technologien wie GEODAR sowie Laborinfrastrukturen, die einen noch nie dagewesenen Einblick in Staublawinen und pyroklastische Ströme gewähren. Zudem verbesserte sich die Modellierung von komplexem Fließverhalten in den letzten Jahren enorm. Als Basis dienen den Forschern Daten, die sowohl im SLF-Lawinen­testgelände im Vallée de la Sionne als auch im Rahmen der Experimente mit pyroklastischen Strömen gesammelt wurden. Von den Ergebnissen dieses vom Schweizerischen Nationalfonds unterstützten Forschungs­projekts profitieren also sowohl Lawinen- als auch Vulkanforscher. Mit neuen Berechnungs­modellen sollen in Zukunft bessere Schutz­maßnahmen für beide Themenbereiche entwickelt werden.

SLF / DE

 

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