Wissenschaft

Spektakuläres Experiment

Das passiert, wenn Lava auf Wasser trifft

Wenn Ingo Sonder und seine Kollegen ihre Experimente starten, hält man besser Abstand: Die Geoforscher wollen Vulkane besser verstehen und bringen künstliche Lava und Wasser zusammen - was dann folgt, ist spektakulär.

Foto: University at Buffalo
Aus Washington berichtet
Mittwoch, 12.12.2018   09:30 Uhr

Was passieren kann, wenn sich Lava und Wasser treffen, das haben die Menschen an Bord der "Hot Spot" auf teils sehr schmerzhafte Weise erfahren. Mehr als 20 Schaulustige wurden im Juli vor der Küste von Hawaii verletzt, als eine sogenannte Lavabombe von der Größe eines Basketballs ihr Ausflugsboot traf. Kapitän Shane Turpin hatte die Gruppe bewusst nahe an die Stelle gebracht, an der geschmolzenes Gestein aus dem Vulkan Kilauea in den Ozean floss - und seinen Gästen eine Erfahrung versprochen, "die ihr Leben verändert".

So kam es dann tatsächlich - wenn auch ungewollt. Im Zusammenspiel der heißen Lava und des kalten Ozeanwassers hatte sich eine kräftige Explosion ereignet. Festes und flüssiges Gesteinsmaterial wurden weit durch die Luft geschleudert.

Der aus Deutschland stammende Geoforscher Ingo Sonder von der State University of New York und seine Kollegen wissen, welche Wucht bei der Interaktion von geschmolzenem Gestein und dem Ozean entstehen kann. Sie lassen in spektakulären Experimenten auf einem ehemaligen Waffentestgelände südlich von Buffalo künstlich hergestellte Lava und Wasser miteinander reagieren - und schauen aus sicherem Abstand zu.

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Lava trifft auf Wasser: ....und rrrrrums!

"Wenn Magma auf Wasser trifft, kann es explosiv werden, es kann sehr dramatisch werden, das muss aber nicht sein", sagt Sonder. Und das ist das Ziel seiner Arbeit: Herauszufinden, wann es so richtig rumst - und wann eben nicht. Im Fachmagazin "Journal of Geophysical Research: Solid Earth" und auf der Jahrestagung des American Geophysical Union in Washington berichtet er gerade von den Versuchen.

Der Fachbegriff für die zugrundeliegende Reaktion lautet Molten Fuel Coolant Interaction, kurz MFCI. Diese kann nicht nur an Vulkanen, sondern auch in Stahl- oder Kraftwerken auftreten - mit potenziell gravierenden Konsequenzen. In kürzester Zeit werden große Mengen Energie von der Schmelze an das flüssige Wasser übertragen. Das wiederum dehnt sich aus und reist Material mit. Dabei entstehen zum Teil extreme Drücke - so extrem, dass die flüssige Schmelze so stark komprimiert wird, dass sie im Flug sogar bricht.

Los geht alles ganz langsam: In einem 75-Kilowatt-Elektroofen werden zunächst 50 Kilogramm Schotter für vier Stunden auf 1300 Grad Celsius aufgeheizt. Das Basaltgestein stammt aus einem Steinbruch in Texas, wo ein Unternehmen einen ehemaligen Lavastrom abbaut. Dann füllen die Forscher - durch Spezialkleidung geschützt - die geschmolzene Masse in ein Spezialgefäß und bringen dieses zu einer Einspritzvorrichtung.

"Das geht noch explosiver in Zukunft"

Dort kommt dann das Wasser ins Spiel - und ein Countdown mit Blinklichtern zeigt den Wissenschaftlern, ab wann sie wirklich Abstand halten müssen. "Ich fühle mich in 15 Metern Entfernung relativ sicher", sagt Sonder. Doch wenn die Versuche in Zukunft noch ein bisschen größer ausfallen, wenn die Forscher mehr Wasser zugeben, könnte auch diese Distanz zu kurz sein.

In kleinerem Maßstab haben auch Wissenschaftler der Universität Würzburg bereits an der Frage gearbeitet, warum Lava und Wasser manchmal so furios reagieren - und manchmal nicht. Sie fanden heraus, dass es zumindest im Labormaßstab, mit einem Lavagefäß von der Größe einer Kaffeetasse, eines Stimulus bedarf, um die Reaktion in Gang zu setzten. Sonst würde das Wasser einfach nur verdampfen.

In Würzburg kam dafür ein Gerät zum Einsatz, das einem Luftgewehr ähnelt. Bei den Experimenten in Buffalo wird ein Hammer verwendet (siehe Fotostrecke) - doch hier, im etwas größeren Maßstab, zeigt sich: Der Reiz von außen ist gar nicht immer nötig. Manchmal spritzt die Lava auch einfach so in die Höhe, wenn Wasser eingeschossen wird.

Je mehr Lava jeweils über dem flüssigen Wasser liegt, je größer das Probengefäß ist, je schneller das Wasser dazugegeben wird - desto spektakulärer ist das Ergebnis. So lassen sich die ersten Versuche grob zusammenfassen. Und Forscher Sonder stellt schon mal in Aussicht: "Das geht noch explosiver in Zukunft."

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