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News: Feuer in Bewegung

Feuer ist ein gefährlicher Widersacher, dessen destruktive Macht meist sehr schnell in chaotischer Weise vorrückt. Forscher des Weizmann Institute of Science haben das Feuer jetzt im Labor unter Kontrolle gebracht und dabei entdeckt, daß eine schwache aber andauernde Flamme sich unter bestimmten Umständen unentdeckt ausbreiten kann, wobei sie auf der Erde - wie in der Luft - verheerenden Schaden anrichtet.
Flammen lassen sich bekanntermaßen nur schwer untersuchen, da sie durch Konvektion, ein Phänomen, bei dem heißes Gas aufsteigt, in chaotischer Form weitergetragen werden. Um die durch Konvektion hervorgerufene Komplexität auszuschalten, haben Ory Zik und Elisha Moses von der Abteilung Physics of Complex Systems das Feuer in zwei Dimensionen "gezwängt".

In ihrem Experiment, das in den Physical Review Letters veröffentlicht wird, fraß sich das Feuer auf kontrollierbare Weise durch ein in einem durchsichtigen Kasten eingeschlossenes Blatt Papier hindurch, wobei es ein Muster langer, fingerähnlicher Ausläufer zurückließ. Die Wissenschaftler kontrollierten die Ausbreitungsrate und Dichte der Finger durch Regulierung der Sauerstoffzufuhr. Zu ihrer großen Überraschung entdeckten sie, daß die Dynamik der Flammen von den gleichen Gesetzen beherrscht wird, die auch stabilere Phänomene beschreiben – wie zum Beispiel das Eindringen von Flüssigkeit in einen porösen Stoff. Da diese Gesetze relativ einfach sind, ist es sehr hilfreich für die Wissenschaftler zu wissen, daß sie auch auf so instabile Systeme wie Feuer angewandt werden können. Eine Theorie zur Erklärung dieses Phänomens wurde mit Hilfe von Zeey Olami entwickelt.

Interessanterweise starteten Wissenschaftler der NASA in etwa zeitgleich zu dieser Studie ein Experiment an Bord einer Raumfähre, mit dem sie Feuerausbreitung im Weltraum untersuchen wollten. Mit Erstaunen entdeckten sie, daß sich ihre Flamme langsam aber stetig ausbreitete, einem Feuermonster mit fingerähnlichen Ausläufern gleich. Die Forscher der NASA wandten sich an die Wissenschaftler des Weizmann Institute of Science, die eine einfache Erklärung für dieses Phänomen vorlegten: Die Astronauten hatten haargenau das gleiche fingerähnliche Muster wie im Versuch des Instituts beobachtet, nur auf dreidimensionaler Ebene. Der dafür ausschlaggebende Faktor war in beiden Fällen das Fehlen der Konvektion. Während die Konvektion auf der Erde durch die Schaffung eines zweidimensionalen Systems neutralisiert worden war, war sie im Weltraum erst garnicht vorhanden, da heiße Luft unter Schwerelosigkeit nicht aufsteigen kann.

Daher stellt der Versuch des Weizmann Institute of Science eine kostensparende Laboralternative zum Studium der Ausbreitung von Feuer an Bord eines Raumschiffs dar. Darüber hinaus ermöglicht er die Entwicklung von Kriterien zum Aufspüren sich langsam bewegender, konvektionsarmer Flammen. Feuer dieser Art sind besonders gefährlich, da sie oft nicht genügend Rauch und Hitze entwickeln, um herkömmliche Feuermelder zu aktivieren. Neben der Aufspürung von Feuer im Weltraum kann eine genauere Kenntnis der Flammendynamik dabei helfen, Flammen auszumachen, die sich unter verschalten Oberflächen ausbreiten. Dies könnte auch für die Flugsicherheit, wo schon das kleinste Feuer zu einer Katastrophe führen kann, von Bedeutung sein.

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