Wenn Vulkanausbrüche Tsunamis verursachen

„Pyroklastische Strömungen“ sind vulkanische Lawinen, die aus erstarrten Lavastücken und heißen Gasen bestehen. Wenn sie ins Meer gelangen, können sie Tsunamis erzeugen, die als "vulkanische Tsunamis" bezeichnet werden. Wie ihre Cousins, die durch Erdbeben unter Wasser ausgelöst wurden, können sie es besonders sein Mörder an der Küste.

Diese Art von Tsunami wurde kürzlich in der Karibik und im Mittelmeer während der Ausbrüche des Soufrière de Montserrat in den Jahren 1997 und 2003 und des Vulkans Stromboli im Jahr 2019 beobachtet. Ein historisches Beispiel ist dasAusbruch des Krakatau-Vulkans im Jahre 1883 verursacht mehr als 36.000 Todesfälle. Während dieses Ausbruchs drangen pyroklastische Strömungen in den Indischen Ozean ein und verursachten an den indonesischen Küsten mehrere Tsunamis mit Wellen von mehreren zehn Metern. Die Auswirkungen vulkanischer Tsunamis auf die umliegenden Küsten sind daher nicht anekdotisch, zumal im Allgemeinen Präventionssysteme für die Erkennung von U-Boot-Erdbeben entwickelt werden, die die Hauptursache für Tsunamis.

Ein Vulkan am Meer

Wenn ein solcher Vulkan ausbricht, können verschiedene Phänomene dazu führen vulkanische Tsunami-Bildung : Erdrutsch, Unterwasserexplosion, Erdbeben, Caldera-Kollaps, pyroklastischer Fluss.

Korallenblock, der durch den Tsunami, der durch pyroklastische Strömungen während des Ausbruchs des Krakatau-Vulkans (Indonesien) im Jahr 1883 erzeugt wurde, aus dem Riff gerissen wurde.
Raphaël Paris, Universität Clermont-Auvergne, Autor zur Verfügung gestellt

Während explosiver Eruptionen wird die Evakuierung von Magma durch die großen erschwert Viskosität verbunden mit seinem hohen Kieselsäuregehalt. Im Gegensatz zu effusiven Eruptionen beobachten wir daher keine Lavaströme, sondern "pyroklastische Ströme". Wir sprechen auch von feurigen Wolken, die eine bestimmte Art von Strömung darstellen, die sich auf die beziehtAusbruch des Berges Pelée in Martinique im Jahr 1902. Pyroklastische Strömungen werden im Allgemeinen durch den Zusammenbruch der Lavakuppel oder -fahne von gebildet Tephras in die Atmosphäre projiziert. Diese Gemische von Gasen und Tephras bei hohen Temperaturen breiten sich Geschwindigkeiten von bis zu mehreren hundert Stundenkilometern aus und betreffen Gebiete, die mehrere Kilometer vom Eruptionszentrum entfernt sind. Pyroklastische Strömungen unterscheiden sich von Gesteinsrutschen durch ihre hohe Mobilität, da Gas eingeschlossen wird feine Asche. Und so kam es dass der Tephras werden teilweise vom Gas getragen, was dazu neigt, die Reibung in der Strömung zu verringern. Pyroklastische Strömungen können daher leicht das Meer erreichen und Tsunamis erzeugen.

Was passiert, wenn ein pyroklastischer Fluss ins Wasser gelangt?

Um die Entstehung von Tsunamis im Zusammenhang mit Vulkanausbrüchen zu verstehen, erstellen wir sie im Labor nach.
Alexis Bougouin, Autor zur Verfügung gestellt

Um das Verständnis von Tsunamis zu verbessern, die durch pyroklastische Strömungen erzeugt werden, haben wir ein experimentelles Gerät entwickelt in unserem Labor : Es ist ein transparenter Kanal von 7 Metern Länge und 20 Zentimetern Breite. Glasperlen werden in einen Tank gegeben und dann plötzlich durch die Öffnung einer Falltür freigegeben. Die Perlen fließen eine geneigte Rampe hinunter, die eine pyroklastische Strömung entlang der Seiten eines Vulkans darstellen soll, bevor sie ins Wasser gelangen. Tatsächlich repräsentiert unsere experimentelle Modellierung nur den dichten unteren Bereich des pyroklastischen Flusses, der hauptsächlich zur Erzeugung von Tsunamis beiträgt. Die obere verdünnte Wolke, die als "pyroklastische Welle" bezeichnet wird, neigt dazu, sich über die Wasseroberfläche auszubreiten und ist nicht am Erzeugungsprozess beteiligt.

Die Originalität von unser Gerät liegt im Trick, den Perlenfluss zu "fluidisieren". Wenn Holzstämme an einem relativ sanften Hang freigesetzt werden, verlangsamen sich die Körner schnell und bilden keinen Sandhaufen mehr. Hier sind der Tank und die geneigte Rampe mit mikroporösen Platten ausgestattet, die einen kontrollierten Luftstrom ermöglichen. Beim Durchgang durch die Strömung kompensiert die Luftströmung das Gewicht der Perlen, wodurch die Beweglichkeit der Strömung gefördert wird, wie im Fall natürlicher pyroklastischer Strömungen.

Perlenstrom mit einem Luftstrom (dargestellt durch Pfeile), der zu fünf verschiedenen Zeiten nach dem Öffnen des Tanks in das Wasser eintritt.
Alexis Bougouin, Clermont Auvergne University

Unsere Experimente legen nahe, dass pyroklastische Strömungen besonders effektiv Tsunamis mit großer Amplitude mit Wellen erzeugen, die achtmal so dick sein können wie die Strömung. Der Aufprall der Strömung auf das Wasser erzeugt zunächst einen Perlenstrahl über der Wasseroberfläche, gefolgt von einer ersten Welle mit großer Amplitude. In einigen Fällen werden Wellen mit niedriger Amplitude hinter der ersten Welle beobachtet. Die Eigenschaften der größeren Welle werden hauptsächlich durch den Massenstrom und das Volumen des in das Wasser eintretenden Materials gesteuert, während die maximale Wasserhöhe ignoriert werden kann. Eine erstaunliche Beobachtung ist schließlich die Ausbreitung von Perlen in Wasser in Form von a Unterwasserlawine. Diese Ströme breiten sich insbesondere über sehr große Entfernungen aus und verursachen erhebliche Schäden an der Offshore-Infrastruktur.

Die Bedeutung des Ascheschneidens bei der Erzeugung von Tsunamis

Die Perlengröße oder "Korngröße" kann auch eine bedeutende Rolle bei der Wellenamplitude spielen, da sie teilweise die Fähigkeit des Wassers steuert, durch die Strömung einzudringen. Bei sehr kleinen Perlengrößen in der Größenordnung von einem Zehntel Millimeter wird die Amplitude der Welle unabhängig von der Perlengröße, was darauf hindeutet, dass sich die Strömung wie ein nicht poröses Medium verhält.

Diese Ergebnisse bestätigen, dass pyroklastische Strömungen, die im Allgemeinen mit feiner Asche beladen sind, dazu prädisponiert sind, Tsunamis mit großer Amplitude zu erzeugen. Eine bessere Modellierung von vulkanischen Tsunamis erfordert die Berücksichtigung der Partikelgrößenverteilung dieser vulkanischen Strömungen, da dies das Eindringen von Wasser in die Strömung erheblich steuert. Diese experimentelle Studie liefert ein besseres Verständnis der durch pyroklastische Strömungen erzeugten vulkanischen Tsunamis und eröffnet damit neue Perspektiven auf diesem Gebiet.

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