Das „Dach Europas“ – der Ätna erfreut sich seit Kurzem wieder großer Beliebtheit!

Das „Dach Europas“ – der Ätna erfreut sich seit Kurzem wieder großer Beliebtheit!

Der Ätna liegt in der Provinz Catania auf der italienischen Insel Sizilien und hat eine Höhe von 3.357 Metern. Es handelt sich um einen großen, monogenen basaltischen Stratovulkan. Er ist zugleich der höchste aktive Vulkan Europas und wird als „Dach Europas“ bezeichnet. Der Ätna ist außerdem ein typischer Stadtvulkan, mit einer großen Anzahl von Städten und Wohngebieten rund um den Vulkan. Vor kurzem hat der Ätna begonnen, einen regelmäßig geformten weißen Ring nach dem anderen auszuspucken, der den „Rauchringen“ ähnelt, die beim Rauchen ausgeatmet werden. Diese vulkanische Aktivität erregte die Aufmerksamkeit einheimischer Touristen und wurde in zahlreichen Medien ausführlich berichtet.

Tatsächlich sind Phänomene, die „Rauchringen“ ähneln, in unserem Leben sehr verbreitet, beispielsweise Rauchringe, die von rauchenden Menschen ausgeatmet werden, Blasenringe, die beim Tauchen oder Schwimmen ausgeatmet werden, Blasenringe, die von spielenden Walen ausgeatmet werden, Wirbelringe, die beim Abfeuern von Mörsern entstehen, Wirbelringe, die von Flugzeugturbinentriebwerken gebildet werden, und so weiter. Dieses Phänomen wird als Wirbelring bezeichnet. In der Aerodynamik wird dieser Ring als „Wirbelring“ bezeichnet und der „Wirbelring“ im Wasser als „Blasenring“. Wenn sich der Blasenring im Wasser bewegt, rotieren die Luft im Ring und das umgebende Wasser in einem Winkel, ähnlich wie bei einem Armband, das über den Arm rollt.

Rauchringe vom Rauchen (dieses Bild stammt aus dem Internet)

Ausgeatmete Schaumringe beim Tauchen und Schwimmen (dieses Bild stammt aus dem Internet)

Wale spielen mit Schaumstoffringen (Foto aus dem Internet)

Der Wirbelring bildete sich, als die Houthi-Streitkräfte Mörsergranaten abfeuerten (dieses Bild stammt aus dem Internet)

Hinter der Bildung dieser „Wirbelringe“ steckt ein wichtiges Prinzip: das Bernoulli-Prinzip. Dieses Prinzip wurde 1726 vom Schweizer Strömungsphysiker Daniel Bernoulli vorgeschlagen. Sein Kern ist die Erhaltung der mechanischen Energie einer idealen Flüssigkeit. Das heißt: Unter idealen Bedingungen ist in jedem Querschnitt desselben Strömungsrohrs die Summe aus kinetischer Energie, potentieller Energie und potentieller Druckenergie einer Volumeneinheit Flüssigkeit eine Konstante. Die bekannteste Schlussfolgerung ist, dass bei gleicher Strömungshöhe der Druck umso geringer ist, je höher die Strömungsrate ist. Der in der Strömungsmechanik häufig erwähnte Druck bezieht sich eigentlich auf den Druck pro Flächeneinheit, was in der normalen Physik die Druckintensität darstellt. Hier ist der Ausdruck für die Bernoulli-Gleichung:

(Referenz: Zhao Changyou. Bernoulli-Gleichung und ihre Anwendung. Journal of Chizhou University, 2014, 28(6):2)

Eine beliebte Erklärung des Bernoulli-Prinzips lautet wie folgt: Nehmen Sie zwei Blätter Papier und blasen Sie Luft zwischen die beiden Blätter. Sie werden feststellen, dass das Papier nicht nach außen schwebt, sondern durch eine Kraft zusammengedrückt wird. Da die Luft zwischen den beiden Papierstücken beim Blasen mit hoher Geschwindigkeit strömt, ist der Druck gering, während die Luft außerhalb der beiden Papierstücke nicht strömt und der Druck groß ist, sodass die starke Luft außerhalb die beiden Papierstücke „zusammendrückt“. Dies ist eine populäre Erklärung des „Bernoulli-Prinzips“. Das Bernoulli-Prinzip lässt sich auf Flüssigkeitsströmungen, die Flugprinzipien von Flugzeugen, Schornsteinzüge, Turbinen usw. anwenden. Es bietet auch eine leicht verständliche wissenschaftliche Erklärung für einige der „Wirbelring“-Phänomene, denen wir in unserem Leben begegnen.

Der Schlot des Ätna spuckt „Rauchringe“ aus (Originalvideo)

Das Wesentliche durch das Phänomen erkennen: Der Ätna in Italien ist ein großer aktiver Vulkan, der das ganze Jahr über aktiv ist. Ab 2023 gibt es im Vulkankegel drei Hauptöffnungen und die vulkanischen Aktivitäten äußern sich hauptsächlich in vulkanischer Entgasung, vulkanischen Erdbeben, vulkanischen thermischen Anomalien, vulkanischen Deformationen usw. Aktive Krater spucken schnell vulkanische Gase mit hoher Temperatur, Vulkanasche (0,01–2 mm, Partikelgröße) und Vulkanstaub (<0,01 mm, Partikelgröße) aus. Diese Substanzen vermischen sich mit der umgebenden Luft und dem Wasserdampf und bilden durch die Luftströmung und Konvektionsbewegung des Vulkanausbruchs einen „Wirbelring“, was zum Phänomen der vulkanischen „Rauchringe“ führt. Der Kern des Bernoulli-Prinzips und der Bernoulli-Gleichung besteht in der „Erhaltung der mechanischen Energie einer idealen Flüssigkeit“. Daher sind die vom Ätna ausgestoßenen „Rauchringe“ auch eine der häufigsten Erscheinungsformen der Energiefreisetzung des Vulkans.

Die „Rauchringe“, die der Ätna am frühen Morgen ausstößt (Originalbild)

Der Ätna spuckt am Nachmittag „Rauchringe“ aus (Originalbild)

Der Ätna spuckt abends „Rauchringe“ (Originalbild)

Dieses Thema der Wissenschaftspopularisierung endet! Freunde, bis zum nächsten Mal!

Die Autoren dieser Ausgabe: Xu Zhitao, Sun Liying, Ye Xiqing, Ailin·P

Planung: Ye Xiqing Luca F Salvatore G

Herausgeber: Sun Liying, Wu Chengzhi, Li Mengmeng

Rezension: Pan Xiaodong, Kang Jianhong, Song Yujia

Werbung: Gu Guohui, Guan Sheng, Zhu Daqing

Produziert von: Institut für Vulkanologie, Chinesische Erdbebenbehörde, Erdbebenbehörde der Provinz Jilin, Ätna-Observatorium Catania, Argentinische Nationale Kommission für Weltraumaktivitäten, Argentinischer Nationaler Rat für wissenschaftliche und technologische Forschung