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Modelle von Vulkanausbrüchen für eine bessere Risikobewertung

In der EU gibt es zahlreiche aktive Vulkane, weshalb ein besseres Verständnis von vulkanischen Prozessen wichtig ist. Wissenschaftler haben mit Feldforschungen wichtige Erkenntnisse geliefert und mathematische Modelle verbessert.
Modelle von Vulkanausbrüchen für eine bessere Risikobewertung
Vulkanausbrüche können langsam (effusiv) sein, wobei sich Lavaströme und -kegel bilden. Oder sie explodieren und spuckt hohen Aschesäulen in den Himmel, oft zusammen mit Gas und Gesteinsbrocken. Die Art der Eruption wird weitgehend durch die Stärke des Magmaaufstiegs bestimmt, also des geschmolzenen Gesteins unterhalb der Erdoberfläche. Um zu untersuchen und aufzuklären, wie die Geometrie der Magmaleitungen und Prozesse den Magmaaufstieg steuern, haben sich Wissenschaftler im EU-geförderten Projekt 'Magma ascent mathematical modelling and analysis' (MAMMA) zusammengetan.

Die Teammitglieder entwickelten neuartige Techniken und mathematische Codes, um die vollständig gekoppelten Magma-Gasströme und die Veränderungen in der Rheologie nach einer durch Entgasung induzierten Kristallisation zu beschreiben. Durch verbesserte Modelle sowohl der effusiven als auch der explosiven Eruptionen wurden die komplexen Zusammenhänge in Mehrphasenströmungen integriert. Diese Modelle standen für mehrere Strömungsphasen: vom homogenen Magma bis zur Gas-Partikel-Dispersion während der Entgasung, der Kristallisation und des Magmaaufstiegs. Mit Daten, die bei Laborversuchen und Feldforschungen gesammelt wurden, wurden der Modellierungsrahmen und die numerischen Ergebnisse überprüft.

Die schnellen und skalierbaren Modelle multiphysikalischer gekoppelter Systeme im Zusammenhang mit Magmaaufstieg und Vulkanausbrüchen werden bedeutende Implikationen für die Vorhersage vulkanischer Aktivitäten haben. Mit ihrer Hilfe lassen sich wichtige Variablen identifizieren, die für die vollständige Beschreibung des Zustands eines Vulkans überwacht werden müssen. Die starke Zusammenarbeit in der Vulkanforschung und Risikobewertung innerhalb von MAMMA erwies sich für beide Seiten als vorteilhafte Partnerschaft zwischen der EU und den Vereinigten Staaten.

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