Flugbahnen von Bomben bei strombolianischen Ausbrüchen

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1 Flugbahnen von Bomben bei strombolianischen Ausbrüchen Lernziele Eruptionen zweier Krater des Stromboli am , Foto J. Alean 1.) Sie können den Begriff «strombolianische Eruption» erklären. 2.) Sie sind in der Lage, den Unterschied zwischen normalen Ausbrüchen Strombolis und besonderen (wie derjenigen am 5. April 2003) zu beschreiben. 3.) Sie haben eine Vorstellung davon erlangt, mit welcher Geschwindigkeit Bomben aus einem Vulkankrater heraus geschleudert werden und wie weit sie nachher fliegen können. Einführung Der Vulkan Stromboli ist seit Jahrtausenden fast permanent tätig. Er wurde im 20. Jahrhundert wegen des Schauspiels der zwar verhältnismässig kleinen, aber eindrücklichen Ausbrüche zum grossen Anziehungspunkt für Touristen auf den Liparischen Inseln. Ein ungewöhnlich grosser Ausbruch am führte zu einer Sperrung des Vulkangipfels für Besucher, die im Herbst 2004 (als dieser Text verfasst wurde) noch in Kraft war. Seite 1

2 Von Stromboli stammt der Begriff «strombolianische Ausbrüche» für relative kleine Eruptionen, bei denen Lavafetzen und Bomben einige Dutzend Meter, manchmal auch ein paar hundert Meter hoch geschleudert werden. Gewinnen Sie sich davon zunächst eine Vorstellung, zum Beispiel durch die Fotos auf dieser Seite: Stromboli online => Stromboli Fotos =>... oder Videoclips auf der folgenden: Stromboli online => Stromboli Videoclips =>... Wie oft bricht Stromboli aus? Eine seismische Station zeichnete 1996 die Tätigkeit Strombolis auf: Gelbe Säulen zeigen die Gesamtzahl der Ausbrüche pro Tag (die roten Säulen die Anzahl etwas stärkerer). Diese Ausbrüche sehen zwar vom Stromboligipfel aus betrachtet eindrücklich aus, doch erreichen die Bomben den Gipfel selber nicht. Sie schwarze Linie zeigt die Stärke des Tremors, des Schwingens der flüssigen Lava im Vulkaninnern (mehr zur seismischen Station finden Sie unter Stromboli online => Messungen =>... ) Aufgabe 1) Wie häufig kann man einen Ausbruch sehen bei (a) starker und (b) schwacher Aktivität? Seite 2

3 «Normale» und «abnormale» Eruptionen Strombolis In der Grafik oben sind drei Ereignisse markiert. Es sind «ungewöhnliche Ausbrüche», die unerwartet auftreten können, und eine Gefahr für Touristen bedeuteten, als man noch zum Gipfel aufsteigen durfte. Die Karten auf Stromboli online => Ungewöhnliche Ausbrüche =>... zeigen, wie gross das gefährdete Gebiet dann ist. Dank viel Glück gab es dabei nur wenige Unfälle, obwohl an Sommerabenden sich früher bis mehrere hundert Personen auf dem Gipfel aufhielten: Stromboli online => Unfälle =>... Aufgabe 2) Versuchen Sie anhand der Daten von 1996 zu entscheiden, ob aussergewöhnliche Ausbrüche eher bei (a) starker oder bei (b) schwacher Aktivität zu erwarten sind. Am 5. April 2003 fand schliesslich der grösste Ausbruch seit 1930 statt. Obwohl die Ganze Gipfelregion von Bomben zugepflastert wurde, gab es keine Opfer, da sich niemand auf dem Gipfel befand. Metergrosse Bomben wurden aber bis in die Ortschaft Ginostra geschleudert und beschädigten Gebäude (einzelne Bomben fielen gar ins Meer): Stromboli online => Ungewöhnliche Ausbrüche => 2003 =>... Flugbahnsimulation Ein vom ehemaligem Schüler der Kantonsschule Zürcher Unterland, Andreas Schweizer, entwickeltes Programm ermöglicht die Simulation solcher Bombenflüge unter Berücksichtigung der Geländeformen Strombolis, der Grösse, Dichte und Form der Bombe und je nach «Abschussrichtung»: Stromboli online => Flugbahnsimulationen =>... Aufgabe 3) Bestimmen Sie die Geschwindigkeit, mit der eine ein Meter grosse, etwa kugelförmige Bombe (spezifische Dichte 2 g/cm 3 ) aus dem Krater fliegen muss, um bei Ginostra gerade noch ins Meer zu fallen! Welches ist der ideale Abschusswinkel (Grad über der Horizontalen), damit diese Bombe mit der geringsten möglichen Geschwindigkeit das Meer erreicht? Sie können die Experimente beschleunigen, indem Sie im Programm NICHT in Echtzeit rechnen lassen. Aufgabe 4) Spielt der Luftwiderstand überhaupt eine Rolle? Wie ist seine Bedeutung bei (a) kleinen und (b) grösseren Bomben und welche Auswirkungen erwarten Sie auf die Ablagerungen nach einem Ausbruch? Seite 3

4 Die Lösung... steht auf der nächsten Seite... Seite 4

5 Lösungen Aufgabe 1 Bei starker Tätigkeit über 500-mal am Tag (die Balken sind bei 500 oben abgeschnitten), das heisst etwa 20-mal pro Stunde; bei schwacher Aktivität weniger als 50 pro Tag, das heisst nur ein bis zwei Ausbrüche pro Stunde (in seltenen Fällen gibt es mehrere Tage lang gar keine Ausbrüche). Aufgabe 2 Es gibt keine Regel! Die ungewöhnlichen, und damit gefährlichen Ausbrüche gibt es sowohl dann, wenn der Vulkan besonders aktiv ist, als auch dann wenn er eher ruhig ist. Die ungewöhnlichen Ausbrüche können sowohl bei zunehmender als auch bei abnehmender Stärke der Tätigkeit eintreten. Der Vulkan ist diesbezüglich also sehr unberechenbar! Aufgabe 3 Mit etwa 145 Meter pro Sekunde (oder etwa 520 km/h!) und einem Abschusswinkel zwischen etwa 35 und 40 Grad erreicht die Bombe noch das Meer (das ist weniger als der theoretische ideale schräge Wurf mit 45 Grad; Grund: Luftwiderstand sowie die tiefere Lage des Zielgebiets in Bezug auf Abschusspunkt). Aufgabe 4 Selbst bei der grossen Bombe hat der Luftwiderstand eine grosse Wirkung; im Vakuum würden die Bomben viel weiter fliegen. Bei kleinen Bomben ist der Effekt aber noch stärker (ihre Masse und damit ihre Trägheit ist kleiner in Bezug auf die Querschnittsfläche, die den Luftwiderstand erzeugt). Deshalb werden Asche und Lapilli nach einem Ausbruch näher beim Krater abgelagert als grössere Bomben. Allerdings kann Wind diese Verhältnisse wieder stark verändern, da er sich auf kleine Partikel stärker auswirkt als grosse. Copyright Alle Materialien dieser Unterrichtseinheit stehen für den nicht kommerziellen Gebrauch im Unterricht frei zur Verfügung. Die Materialien dürfen ohne Zustimmung der Text- und Bildautoren J. Alean und M. Fulle hingegen nicht anderswo auf dem Web angeboten oder zu kommerziellen Zwecken weiter verwendet werden. Seite 5