Lava-Dynamik durch numerische Modellierung: Einfluss der Rheologie der Lava auf ihre Morphologie (LADY-RHENUM)

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Alik Ismail-Zadeh
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569765395

Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der numerischen Modellierung der Lavadynamik, die sich in Lavaströmen und dem Wachstum von Lavadomen ausdrückt, um die Entstehung von Laven und ihre morphologischen Merkmale zu verstehen und die Gefahren- und die Risikobewertung von Vulkanströmen zu verbessern. Die spezifischen Ziele des Projekts sind (i) die Entwicklung eines umfassenden Verständnisses der Lavadynamik auf der Grundlage der neuesten Fortschritte bei der Bestimmung der Magma- / Lavarheologie; (ii) die Verbesserung numerischer Methoden und die Entwicklung von Codes für die Berechnung zweidimensionaler, achsensymmetrischer und dreidimensionaler Modelle der Lavadynamik; und (iii) die Bewertung der Leistungsfähigkeit von Modellen der Lavadynamik und die Bestimmung, wie die wissenschaftlich fundierten Ergebnisse in die Praxis des Katastrophenschutzes einbezogen werden können. Die Projektarbeit gliedert sich in vier Aufgaben: (1) Analyse der Lavaverlagerung am Ätna mit Hilfe eines zellulären Automatenmodells; (2) Entwicklung eines zweidimensionalen Flachwassernäherungsmodells für Lavaströme und Anwendung des Modells zur Untersuchung der Lavadynamik unter Verwendung verschiedener Lavarheologien; (3) Entwicklung eines dreidimensionalen numerischen Modells für Lavaströme zur Untersuchung der Morphologie von Lavaverlagerungen in Abhängigkeit von der Lavarheologie; und (4) Entwicklung eines gekoppelten achsensymmetrischen Modells für Magmaextrusion und Lavadomwachstum. Die folgenden Ergebnisse werden erwartet: Verständnis der Veränderungen in der Morphologie des Lavastroms (Länge, Breite, Dicke und Richtung des Lavastroms) in Bezug auf den Volumenanteil der Kristalle im Gleichgewichtszustand, die Relaxationszeit der Kristallisation, den anfänglichen Volumenanteil der Kristalle, die Viskosität der Schmelze und die Fließgrenze; Verständnis der Morphologie des Lavastroms in Abhängigkeit von der Lavarheologie (Newtonsche, Bingham- und Herschel-Bulkley-Flüssigkeiten); Einblick in die Morphologie von Lavadomen in Abhängigkeit von der Effusionsrate und dem Eruptionsstil; Verständnis des Einflusses numerischer Methoden auf die Modellergebnisse; Online-Datensatz zu numerischen Modellergebnissen und wissenschaftliche Veröffentlichungen. Aus wissenschaftlicher Sicht wird die Erlangung eines tieferen Verständnisses von Lavaströmen durch quantitative Studien die Definition gemeinsamer Forschungsstrategien und Allianzen zur Förderung der geowissenschaftlichen Forschung und Ausbildung unterstützen. Aus sozioökonomischer Sicht wird ein besseres Verständnis der Lavadynamik einen direkten Nutzen für die Wirtschaft und das Wohlergehen von Hunderttausenden von Menschen weltweit haben, die durch die Produkte von Eruptionen gefährdet sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Italien
• Mitverantwortliche: Dr. Birgit Müller; Professor Dr. Frank Rüdiger Schilling
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Jon D. Blundy; Gaetana Ganci, Ph.D.