Lava auf dem Luftkissen

Nach manchen Vulkanausbrüchen – etwa am Ontake in Japan, am Mayon auf den Philippinen oder am Mount St. Helens in den USA – rauschten Lawinen aus Lava, Asche und heißen Gasen ins Tal. Wie solche pyroklastischen Ströme teils Geschwindigkeiten von mehreren Hundert Kilometern pro Stunde erreichen, haben Forscher nun entschlüsselt. In der Fachzeitschrift „Nature Geophysics“ berichten sie, dass Schichten aus Luft und vulkanischen Gasen unter den heißen Strömen die Reibung drastisch verringern. Die Luftkissen seien damit wesentlich für das schnelle Tempo und die große Reichweite der Glutlawinen verantwortlich.

Da direkte Messungen in pyroklastischen Strömen lebensgefährlich sind, stellten Gert Lube von der Massey University im neuseeländischen Palmerston North und seine Kollegen einen Vulkanausbruch im Labor nach: Über eine zwölf Meter lange und einen halben Meter breite Rampe ließen sie ein Gemisch aus Staub und Geröll rutschen. Mit Drucksensoren und einer Hochgeschwindigkeitskamera verfolgte das Team den Weg des künstlichen Lavastroms. Die Experimente zeigten, dass sich unter der Gerölllawine ein Luftkissen aufbaute, das den Reibungswiderstand erheblich reduzierte. Verantwortlich für diesen Effekt seien hohe Schergeschwindigkeiten im Lavastrom. Dabei rutschten die oberen Schichten der Gerölllawine viel schneller hinab als die tiefer liegenden. Infolgedessen variierte der Luftdruck – oder allgemeiner der Gasdruck – innerhalb der Lawine. Das führte letztlich dazu, dass Gase nach unten strömten und sich an der Unterseite der Lawine ein dünnes Luftkissen ausbilden konnte.

Zusätzlich zum Experiment untersuchen die Wissenschaftler um Lube den beobachteten Effekt auch mithilfe von Computersimulationen. Die Resultate bestätigen, dass sich abhängig von der Schergeschwindigkeit in einer Glutlawine ein Luftkissen aufbauen kann. Die dadurch herabgesetzte Reibung erkläre, wieso sich pyroklastische Ströme derart schnell fortbewegen und teils Dutzende Kilometer zurücklegen. Durch die aktuelle Studie ließen sich Gefahrenzonen rund um Vulkane nun besser abschätzen, so die Forscher. Zudem spiele der Luftkisseneffekt womöglich auch bei Schneelawinen oder Flankenabbrüchen im Gebirge eine Rolle.