Waldbrand im Wassertank

Seit einigen Jahren nimmt die Zahl verheerender Waldbrände zu – und auch dieses Jahr sind nicht zuletzt in Kanada rekordgroße Waldbrände zu verzeichnen. Das hängt eng mit dem Klimawandel zusammen: Denn die Erwärmung, gepaart mit zunehmenden Extremwetterlagen wie Dürre und Hitze, lässt die Pflanzen derart austrocknen, dass sie dem Feuer wenig entgegenzusetzen haben. Ein Forschungsteam hat nun untersucht, wie sich die Luftströmungen bei solchen Waldbränden verhalten. Wie die Forschenden in der Fachzeitschrift „Physical Review Fluids“ berichten, sollen die Ergebnisse helfen, die Vorsorge und Brandbekämpfung zu verbessern.

Wenn ein Waldbrand groß genug ist, lässt er sich nur sehr schwer wieder unter Kontrolle bringen. Denn er pflanzt sich nicht nur durch das Feuer von Baum zu Baum fort – turbulente Luftströmungen können glühende Holzstücke über Kilometer transportieren und so neue Feuer entfachen und dabei sogar Häuser entzünden. Daher hat auch die Anzahl von durch Waldbrand verursachten Hausbränden mitsamt Todesfällen zugenommen. Bislang sind diese Luftströmungen nur schlecht verstanden, weshalb es schwer ist, sich davor zu schützen.

Hayoon Chung und Jeffrey Kosef von der Stanford University wollten diesen Ausbreitungsmechanismen nun auf den Grund gehen. Hierzu simulierten sie die Luftströmungen über einem brennenden Wald – und zwar mithilfe von Wasserströmungen in einem Tank, der sieben Meter lang und etwa einen Meter tief und breit ist. Am Boden befestigten die Forschenden rund zehn Zentimeter lange Holzstäbchen, um den Einfluss der Bäume auf die Strömungen darzustellen. Dann ließen sie Wasser von der Seite über diesen künstlichen Wald strömen – das Modell eines gewöhnlichen Luftzugs über einem Kronendach. Und tatsächlich: Wie in der Luft stellten sich auch im Wasser Wirbel und Turbulenzen ein.

Nun setzten die beiden Forschenden den Wald in Brand: Sie ließen in Höhe der „Baumwipfel” sehr heißes Wasser ausströmen und gaben kleine Plastikkügelchen hinzu, mit denen sie glühende Holzstückchen nachstellten. Dann änderten Chung und Kosef verschiedene Parameter: die Stärke des seitlichen Wasserstroms und des heißen Wassers, das den Brandherd simuliert, sowie den Abstand zwischen den Bäumen. Letzterer ist besonders interessant: Denn wenn Feuerwehren Waldbrände bekämpfen, schlagen sie oft Schneisen in den Wald, um das Feuer aufzuhalten.

Bei ihrem Experiment konnten Chung und Kosef beobachten, dass einige Plastikkügelchen von ungewöhnlich starken Turbulenzen sehr weit in die Höhe gerissen wurden. Für einen Waldbrand hieße das: Wenn starker Wind vorherrscht, kann dieser glühendes Holz sehr weit tragen. Das wäre für Feuerwehren eine wichtige Erkenntnis: Denn das Schlagen von Schneisen kann solche Turbulenzen verstärken – je nach Windrichtung und Gestalt des Waldes.

Natürlich kann ein solches Modell im Wassertank einen echten Waldbrand nur bedingt nachstellen. Aber zur Untersuchung der Strömungsdynamik liefert es gute Hinweise. Deshalb wollen die Forschenden nun detailliertere Studien zur Modellierung von Waldbränden anstellen. Sie hoffen, dass die Ergebnisse dem Forstmanagement helfen können, Waldbränden in Zukunft besser vorbeugen oder im Brandfall geschickter gegensteuern zu können.