Datengesteuerte thermomechanische Modellierung von Lavaströmen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Alik Ismail-Zadeh
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429622451

Das vorgeschlagene Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Entwicklung von Lavaströmen durch die Nutzung wissenschaftlicher Erkenntnisse im Verständnis des rheologischen Verhaltens der Lava, und die Assimilation der Beobachtungen/Messungen über der Oberflächentemperatur, dem Wärmestrom an der Oberfläche, und der Lavastrom-Verschiebung in quantitativen Modellen. Dadurch lassen sich Informationen zur Überschwemmung von Lavas gewinnen, die zur Gefahren- und Risiko-Bewertung dienen. Die spezifischen Ziele des Projektes sind (i) die Entwicklung eines umfassenden physikalischen Verständnisses der Lavastromaktivität auf Grundlage der neuesten Fortschritte in der Bestimmung der Lava-Rheologie und der Aufbau von numerischen Modelle von Lavaströmen mit Hilfe der Daten-Assimilation; (ii) die Entwicklung neuer numerischer Verfahren und verbesserter Software um Modelle der Lavaströme zu berechnen, die auf Echtzeit-Beobachtungen von Oberflächentemperatur, Wärmestrom an der Oberfläche, und der Morphologie der Lavaströme basieren; und (iii) die Leistungsbeurteilung von Lavastrom-Modellen durch assimilierte Beobachtungen zum Verständnis von Katastrophenvorsorge und Management. Wir werden an den folgenden Projektaufgaben arbeiten: (1) Sammlung und Analyse von thermischen Daten an der Lavaoberfläche, der Topographie der Lavaströme, und der Lava-Proben aus dem Ätna (Sizilien, Italien); (2) Entwicklung der verbesserten numerischen Software zur schnellen Daten-Assimilation in den Lavastrom-Modellen; (3) Daten-Assimilation in den Modellen der Lavaströme durch Eruptionen des Ätna-Vulkans; und (4) wissenschaftliche Interpretierung der Modell-Ergebnisse und deren Anwendung in der Gefährdungsbeurteilung von Lavaströmen. Die folgenden wissenschaftlichen Produkte werden erwartet: Online-Datenbank der gemessenen Oberflächentemperatur, der Wärmeströme an der Oberfläche, und der Morphologie der Lavaströme sowie der modellierten Daten der Temperatur, der Geschwindigkeit und der Viskosität; ein Simulator zur Daten-Assimilation (ein numerischer Code zur schnellen Daten-Assimilation in Lavastrom-Modellen); Lavastrom-Modelle am Ätna; wissenschaftliche Publikationen und Berichte zur Modellierung und Prognose von vulkanischen Krisen inkl. humanitärer Hilfe und frühzeitige Warnung der Gesellschaft Von einem wissenschaftlichen Standpunkt erwarten wir, dass ein gutes Verständnis der Lavaströme durch numerische Modellierung der Definition von gemeinsamen Forschungsstrategien zur besseren Forschung und Ausbildung in den Geowissenschaften dient. Von einem sozio-ökonomischen Standpunkt erwarten wir, dass ein verbessertes Verständnis der Lavastrom-Dynamik einen direkten Nutzen für die Wirtschaft und das Wohlergehen von tausenden Menschen weltweit hat, die vulkanischen Eruptionen und Lavaströmen ausgesetzt sind. Die Ergebnisse des Projekts würden eine effektive Umsetzung präventiver Maßnahmen vor und während einer Eruption erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Russische Föderation, USA
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Donald Bruce Dingwell; Professor Dr. Frank Rüdiger Schilling
• Kooperationspartner: Professor Dr. Alexander Korotkii, bis 3/2022; Ciro del Negro, Ph.D.; Augusto Neri, Ph.D.; Professor Robert Wright, Ph.D.