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Untersuchung der Bedingungen zum Auftreten von Blitzen während vulkanischer Eruptionen

Vulkanische Eruptionen faszinieren die Menschen seit jeher, insbesondere wenn sie mit spektakulären Blitzen in Eruptionswolken einhergehen. Dieses Phänomen wurde erstmals durch Plinius den Jüngeren bei der 79 AD Eruption des Vesuvs beschrieben und heutzutage gibt es zahlreiche ausgezeichnete Fotos von Blitzen während vulkanischer Eruptionen. Das verstärkte wissenschaftliche Interesse beruht darauf, dass Blitze relativ einfach mittels Antennen zu registrieren sind und so u.U. als Mitigationswerkzeug und zur Abschätzung der Eruptionsgröße genutzt werden könnten. Zudem legen die Miller-Ureys Experimente nahe, dass Blitze in Vulkaneruptionen die Transformation der aus vulkanischen Gasen bestehenden primordialen Atmosphäre in komplexe organische Verbindungen begünstigt haben können.Bisher sind dedizierte Modelle zur Erklärung der Blitze in vulkanischen Eruptionen jedoch nach wie vor selten. Verschiedene elektrostatische Prozesse wie Triboelektrifikation und bruchinduzierte Ladungstrennung wurden zwar schon genauer untersucht, aber in vielen Modellen wird die Eruptionswolke hinsichtlich der Blitzentstehung immer noch mit einer dreckigen Gewitterwolke verglichen, obwohl die Gemeinsamkeiten beider Wolken eher klein sind. Mittels dieses Antrags soll die Entstehung von Blitzen in Eruptionswolken durch eine neuartige Kombination von Geländemessungen, Laborexperimenten und begleitenden numerischen Modellen untersucht werden. Bei den Geländemessungen kommen Doppler Radar, Hochgeschwindigkeitsvideos, Messungen des elektrischen Feldes sowie seismische und akustische Messungen zum Einsatz, um die auftretenden Blitze eindeutig physikalischen Bedingungen in der Eruptionswolke zuzuordnen. Diese Messungen sollen am Vulkan Sakurajima in Japan durchgeführt werden, der für seine häufigen vulkanischen Eruptionen sowie das Auftreten von Blitzen bekannt ist. Die Geländedaten dokumentieren die prä-eruptiven Bedingungen, die Eruptionsgeschwindigkeiten vor und während der Blitze, die Positionen der Blitze und dazugehörige elektrische Felder, sowie Korngrößenverteilungen der Asche. Diese Daten werden durch detaillierte Laborversuche in sog. Shock tubes ergänzt, in denen sowohl natürlich als auch synthetisch hergestellte Asche verwendet wird. Untersucht werden u.a. die elektrischen Eigenschaften der Asche und der Zusammenhang zwischen den Versuchsbedingungen und dem Auftreten von Blitzen. Letztlich werden wir ein bestehendes Eruptionssäulenmodell um die Berücksichtigung der elektrischen Eigenschaften der Aschepartikel erweitern. Hiermit sollen unsere Modellvorstellungen zur Entstehung von Blitzen untersucht werden, insbesondere warum einige Eruptionen keine Blitze aufweisen während sich andere durch heftige Blitztätigkeit auszeichnen. Unsere Gelände- und Labordaten zusammen mit den numerischen Modellen werden die Bedingungen zum Auftreten vulkanischer Blitze klar eingrenzen und somit wird sich auch abschätzen lassen, inwieweit Blitze als Warnsystem genutzt werden können.

Forschungsschwerpunkt 3: Verkehr und Umwelt

Lärm ist eine der am häufigsten berichteten negativen Umweltwirkungen des Verkehrs. Ein Forschungsschwerpunkt ist es, die Schallanalyse zu verbessern und insbesondere die subjektiven Wirkungen zu erfassen. Dazu werden Kenngrößen der Psychoakustik erfasst und quantifiziert. Darauf aufbauend können dem Problem angepasste Lärmschutzmaßnahmen entwickelt werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Ermittlung von Grundlagen zur Quantifizierung der Luftschadstoffemissionen und weiterer Umweltwirkungen des Verkehrs

Untersuchungen ueber Hoerschaeden durch Schall- bzw. Explosionswirkungen in ihrem zeitlichen Ablauf mit dem Ziel der Verhuetung bleibender Folgen durch geeignete Schutzmassnahmen

Die bei Benutzung von Feuerwaffen entstehenden Knalle koennen im ungeschuetzten Ohr einen erheblichen Schaden ausloesen. Daher sind sogenannte Grenzpegeldiagramme aufgestellt worden, aus denen abgelesen werden kann, ob bei auftretenden Knallbelastungen mit einer Hoergefaehrdung zu rechnen ist. In USA und UK gilt dafuer das CHABA-Grenzpegeldiagramm, das sich von dem in der Bundesrepublik Deutschland zustaendigen Grenzpegeldiagramm deutlich unterscheidet. In Deutschland gibt es seit ca. 15 Jahren einen Messwagen (Audiomobil genannt), der es ermoeglicht, auf den militaerischen Schiessplaetzen eine audiometrische Ueberpruefung der Soldaten vor und unmittelbar z.B. 2 min. nach der Knallbelastung durchzufuehren. Durch diese audiometrischen Kontrollen bei planmaessigen Schiessuebungen konnte an ueber 10000 Soldaten bewiesen werden, dass das in Deutschland angwandte Grenzpegeldiagramm die Anforderungen in vollem Umfang erfuellt. Die erzielten audiometrischen Ergebnisse wurden ausgenutzt, um einen Vergleich des CHABA-Diagramms mit dem in Deutschland vorgeschriebenen Grenzpegeldiagramm durchzufuehren. Dabei ergab sich, dass das CHABA-Diagramm einen unnoetig strengen Massstab darstellt, wobei zuweilen Hoergefaehrdung abzulesen war der bei der audiometrischen Kontrolle nicht eingetreten war.

Auswirkungen von Unterwasserschall auf marine Wirbeltiere (Hydroschallmessungen in den Natura 2000 Gebieten der Nord- und Ostsee)

Schallmessungen auf Schiffen

Pegelmessungen; Frequenzanalysen; Laermmessung.

Die Schallausbreitung des Laerms von Forstgeraeten und Betrieben der Holzindustrie in bestimmten Bestandsformen bzw. Landschaftsformen

Festlegen von Laermkatastern in Betrieben der Holzwirtschaft und der Umwelt von holzverarbeitendenden Betrieben. Erkennen der schaedigenden Bereiche. Vorschlaege fuer Minderung der Laermeinfluesse.

Erfassen der Belastung durch Laerm an typischen Arbeitsplaetzen in der Landwirtschaft

Die Messungen dienen in erster linie zur Analyse der Laermsituation an typischen Arbeitsplaetzen in der Landwirtschaft und bilden damit die Basis, aus der technische Massnahmen zur Senkung der Belastung abgeleitet werden koennen. Weiterhin bieten die Messwerte die Moeglichkeit einer Abschaetzung der gesundheitlichen Gefaehrdung und der Beintraechtigung der Arbeitsleistung. Mit den Untersuchungen soll ferner ein Zusammenhang zwischen Pruefstandsmesswerten und der tatsaechlich auftretenden Laermbelastung, die durch Aenderung der Betriebszustaende und durch eine Folge von Laerm und Laermpausen gekennzeichnet ist, gefunden werden.

Bedingungen des Hoerens von Geraeuschen und Musik

Theoretische und historische Analysen zum Hoeren von Geraeuschen und Musik.

Smarte Bausysteme durch Rekombination von Materialien, Hamburg, Teilvorhaben: Breuer Nachrichtentechnik GmbH

Messung und Modellierung der aeroakustischen Schallmechanismen bei Ventilatoren

Der von den Ventilatoren abgestrahlte Schall setzt sich im allgemeinen aus diskreten und breitbandigen Anteilen zusammen. Gegenwaertig erfolgt meist eine Abschaetzung des Breitbandschalls auf der Grundlage empirischer oder halbempirischer Beziehungen aus typischen Kenngroessen des Ventilators (u.a. geometrischen, kinematischen, aerodynamischen) und einer maschinenspezifischen Konstante. Die maschinenspezifische Konstante muss experimentell ermittelt werden. Eine durchgaengige Berechnung des Laerms von Ventilatoren, d.h. eine Berechnung der tatsaechlichen Quellen aus den Stromfeldgroessen, ist bislang nicht moeglich. Sie waere deshalb von Vorteil, weil die Kenntnis empirischer Maschinenkonstanten entfiele und eine Optimierung der zu erwartenden Schallabstrahlung bereits in der aerodynamischen Entwurfsphase eines Ventilators moeglich wuerde. Ziel des Projekts ist, die akustischen Quellen mit elementaren Groessen der Stroemung im Laufrad eines Ventilators zu korrelieren. Hierzu werden experimentelle und numerische Methoden wie instationaere Druck- und Geschwindigkeitsmessungen, numerische Stroemungssimulation, Korrelationstechnik usw. eingesetzt.

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