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2025-11-12T07:31:53Z

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[[Datei:Littoral explosion at Waikupanaha 2.jpg|miniatur|Explosion am Waikupanaha, Hawaii, beim Zusammentreffen von Magma und Meerwasser]]
'''Physikalische Explosionen''' sind [[Explosion]]en, die weder auf [[Chemie|chemischen]] noch auf [[kernphysik]]alischen Prozessen beruhen, sondern aufgrund [[Klassische_Mechanik|mechanischer]] Prozesse geschehen. Sehr oft handelt es sich um '''[[Wasserdampf]]<nowiki/>explosionen'''.

Physikalische Explosionen treten beispielsweise auf, wenn eine [[Flüssigkeit]] auf einen sehr heißen Stoff trifft, dessen Temperatur erheblich höher ist als der [[Siedepunkt]] der Flüssigkeit. Die Explosion folgt dann daraus, dass die Flüssigkeit so stark erhitzt, dass sie schlagartig [[Verdampfen|verdampft]], und das [[Gas]] dann ein weit größeres Volumen einfordert als der gleiche Stoff in flüssigem Zustand. Auch das eher hypothetische schlagartige [[Sublimation (Phasenübergang)|Sublimieren]] eines Körpers durch Strahlung kann eine physikalische Explosion erzeugen, was im Prinzip identisch funktioniert, allerdings ohne Berührung mit einem heißen Körper.

Der heiße Stoff kann in der Natur flüssiges [[Gestein]] sein, also z. B. [[Lava]], oder im technischen Bereich bei der [[Metallurgie|Metallgewinnung]] oder [[Metallverarbeitung]] flüssiges [[Metall]] ([[Schmelze]]). Die kalte Flüssigkeit ist meist [[Wasser]], aber auch andere Flüssigkeiten wie [[Silikonöle]] kommen in Frage.

Eine weitere Möglichkeit kann das schlagartige Freisetzen in einer Flüssigkeit gelöster Gase sein, was ebenfalls bei [[Vulkanismus]] eine wichtige Rolle spielt, allerdings selten das Ausmaß von Explosionen erreicht. Außerdem, wenn die Eindämmung stark komprimierter Gase schlagartig nachgibt, z. B. ein Gastank bricht. Dies ist ebenfalls bei einem Vulkanausbruch der Fall, wenn das Magma durch Hitze und Gase einen kritischen Druck erreicht, die den Widerstand der Erdoberfläche bricht und sie aufsprengt.

== Ablauf ==
Trifft z. B. eine Eisenschmelze auf Wasser, so entsteht unverzüglich aus dem flüssigen Wasser, welches das [[Eisen]] berührt, Dampf, der eine Dampfschicht um das Eisen bildet. Diese löst sich bei der Ausdehnung nicht gleichmäßig ab. Das nachströmende Wasser löst einen Triggerimpuls aus, der die Schmelze in kleine Stücke auseinanderreißt. Diese sind nun plötzlich alle von Wasser umgeben und erhitzen es, wodurch es schlagartig verdampft. Der Dampf dehnt sich so schnell aus, dass die Eisenschmelze mit der [[Stoßwelle|Druckwelle]] des Wasserdampfes explodiert und umhergeschleudert wird.

== Magma ==
Zahlreiche physikalische Explosionen wurden schon von flüssigem Gestein aus dem [[Erdinneres|Erdinnern]], dem [[Magma]], ausgelöst.

=== Magma und Wasser ===
So fand z. B. am 17. Mai 1724 auf [[Island]] westlich des alten Vulkans [[Krafla]] eine gewaltige Explosion statt. Asche und [[Wurfschlacke|Schlacke]]n wurden im Umkreis von 10 km verstreut. Magma war mit dem [[Grundwasser]] in Berührung gekommen. Der Ausbruch dauerte wahrscheinlich nur einen Tag und hinterließ einen stinkenden, dampfenden und mit kochendem Schlamm gefüllten Krater von 320 m Durchmesser. Um das Jahr 1840 klärte sich das Wasser im [[Víti (Krafla)|Vitikrater]] langsam. Es blieb ein klarer [[Kratersee]].<ref>[https://www.iceland.de/index.php?id=661 ''Á ferð um Ísland – Das Kraflagebiet.'']</ref>

Solche vulkanischen Explosionen unter der Beteiligung von Wasserdampf werden als [[phreatische Eruption]] bezeichnet, beim gleichzeitigen Ausstoß glutflüssigen Materials als [[phreatomagmatische Eruption]]; die entstehende Vulkanform ist häufig das [[Maar]].

=== Magma, vulkanisches Gas und festes Gestein ===
Je nach den örtlichen Bedingungen kann der Druck von Magma, das nach oben an die Erdoberfläche drängt, und/oder des in ihm enthaltenen Gases, das durch Gesteinsschichten aufgehalten wird, sich so steigern, dass er das Hindernis gewaltsam wegsprengt. Eine solche Explosion erzeugt einen besonders explosiven Typ von [[Vulkanausbruch]], die [[Plinianische Eruption]].

Berühmte plinianische Explosionen waren etwa die des [[Santorin]] um 1627 v. Chr., des [[Vesuv]] 79 n. Chr., des [[Tambora]] 1815, des [[Krakatau]] 1883, des [[Mount St. Helens]] 1980 oder des [[Pinatubo]] 1991.

== Meteoriten ==
Auch durch die [[Reibung]]shitze der Luft erhitzte [[Meteor]]e können beim Auftreffen auf Wasser eine Dampfexplosion auslösen. Die starke Abbremsung beim Auftreffen selbst setzt weitere Wärmeenergie frei.

Bei sehr großen [[Meteorit]]en kann die Energie ausreichen, nicht bloß Flüssigkeit, sondern feste Materie zu verdampfen. Der Effekt dieser Explosion tritt zusätzlich zur unmittelbaren Wirkung des Bewegungsimpulses durch die auftreffende Masse auf. Ein Beispiel eines solchen [[Einschlagkrater]]s ist der [[Barringer-Krater]] in [[Arizona]].

== Druckbehälter ==
Bersten können auch [[Druckbehälter]], wenn sie technisch nicht mehr dem vorgesehenen [[Innendruck]] standhalten oder dieser unzulässig oder durch Unfälle erhöht wird, wie etwa beim [[Kesselzerknall]] von [[Dampfkessel]]n.

Zum Beispiel füllt das in [[Acetylenflasche|Acetylenflaschen]] enthaltene flüssige [[Aceton]] bei einer Temperatur von 60 °C das gesamte Volumen der Flasche aus. Bei einer weiteren Erwärmung steigt der Druck der Flasche um 7–8 [[Bar (Einheit)|bar]] pro 1 °C, denn die Flüssigkeit dehnt sich aus, lässt sich aber, anders als ein Gas, nicht komprimieren. Wenn der [[Berstdruck]] der Flasche (230 bar) erreicht ist, explodiert (zerknallt) die Flasche durch Überdruck (physikalische Explosion). Die Trümmerteile können bis 300 m weit geschleudert werden. An die physikalische Explosion schließt sich im Brandfall durch das Zünden des Acetylens sofort eine [[Explosion #Chemische_Explosionen|chemische Explosion]] an.<ref>[http://www.feuerwehr-halle.de/feuer/63-explosion.html ''Explosion.''] Feuerwehr Halle (Saale)</ref>

== Öle und Fette ==
Zu einer physikalischen Explosion – teilweise verbunden mit einer nachfolgenden chemischen Explosion – kann es auch bei falschen [[Brandbekämpfung|Löschversuchen]] bestimmter brennender Flüssigkeiten kommen. So führt der Versuch, brennende [[Öle]] oder [[Fette]] mit [[Wasser]] zu löschen, zu einer [[Fettexplosion]] mit potentiell verheerenden Folgen für den Löschenden.

Obwohl von den Folgen her vergleichbar, entsteht die Explosion bei einem mit Wasser gelöschten [[Metallbrand]] durch eine chemische Reaktion des verdampfenden Wassers (vgl. Abschnitt 'Überlagerung mit chemischer Explosion').

== Überlagerung mit chemischer Explosion ==
Trifft [[Aluminium]]<nowiki/>schmelze auf Wasser, so wird die physikalische Explosion durch eine stark [[exotherm]]e chemische Reaktion verstärkt:

:<math>\mathrm{2 \ Al + 3 \ H_2O \longrightarrow \ Al_2O_3 + 3 \ H_2}</math>

Die Energiefreisetzung bei dieser Reaktion beträgt über 5 [[Megajoule|MJ]]/kg, sie wird durch einen Lichtblitz sichtbar.<ref>{{Internetquelle |autor=B. Lafrenz |url=http://www.baua.de/nn_11598/de/Publikationen/Fachbeitraege/F2097,xv=vt.pdf |titel=Physikalische Explosionen: Explosionen aufgrund schneller thermischer Wechselwirkungen |titelerg=Forschung: Projekt F 2097 |hrsg=Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin |werk=www.baua.de |datum= |abruf=2023-01-07 |sprache= |format=PDF |offline=1}}</ref>

== Als Folge einer Kernschmelze ==
Durch eine [[Kernschmelze]], die Folge eines Unfalls in [[Kernreaktor]]en sein kann, entsteht beim Zusammentreffen der heißen Masse des Reaktorkerns mit der [[Kühlflüssigkeit]] eine Situation, die zu einer Explosion führen kann. Die Hitzeentwicklung beruht hier zwar auf nuklearen Prozessen, die eigentliche Explosion ist aber nicht-nuklearer Art (der gleiche Effekt ergäbe sich auch bei nicht radioaktiven Metallschmelzen). Aus diesem Grund handelt es sich auch hier um eine physikalische Explosion. Das größte Risiko geht dabei von einem sog. Schmelze-Jetstrahl aus, der sich bei Durchgang der flüssigen Kernmasse entweder durch die untere Kernplatte des Reaktorbehälters oder dann durch einzelne Durchführungsrohre aus dem Reaktorbehälter hinaus bilden kann. Das Kühlmittel heizt sich so sehr schnell auf und verdampft explosionsartig.<ref>''Melt-Structure-Water-Interactions during postulated Severe Accidents in LWRs''; in [[ENSI]]: ''Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011''</ref>

== Arbeitssicherheit ==
Die physikalischen Explosionen führen in [[Hüttenwerk]]en und in der [[Metallindustrie]] immer wieder zu schweren [[Unfall|Unfällen]], oft mit tödlichem Ausgang. Die Verhinderung physikalischer Explosionen ist daher in solchen Betrieben ein wichtiger Teil der [[Arbeitssicherheit]].

Bei physikalischen Explosionen können – je nach Art und Masse – am fragmentierenden heißen Medium Drücke von mehreren 100 [[Megapascal]] (MPa), d. h. von mehreren Tausend bar entstehen.

=== Beispiele: Zitate aus amtlichen Unfallberichten ===
* ''In den Ofen sollte Reinnickel eingebracht und gleichzeitig Trockenstampfmasse gesintert werden. Der Ofen sollte dazu randvoll bei ca. 1630 °C angefahren werden. Die Nickelpellets wurden in gebrauchten Fässern angeliefert (vorheriger Gebrauch zum Transport nicht bekannt). Vor dem Unfallzeitpunkt war die Hälfte des Nickels verbraucht. Beim Einfüllen des 14. Fasses per Gabelstapler kam es zur physikalischen Explosion und Metallschmelze wurde aus dem Ofen geschleudert. Es wird vermutet, dass sich in dem Fass nicht sichtbare Flüssigkeit befand.''
:''Tödliche Verbrennungen des Gabelstaplerfahrers aufgrund herausgeschleuderter heißer Schmelze, leichte Verletzungen eines weiteren Mitarbeiters.''<ref name="SKF26">{{Webarchiv|url=http://www.sfk-taa.de/gremien/kas/aser/BDE/Bericht_Datenblaetter_26_extern.PDF |wayback=20140204031752 |text=''Ereignisse zur Auswertung im UA Ereignisauswertung der SFK.'' }} (PDF; 12 kB) Kommission für Anlagensicherheit (KAS)</ref>
* ''In der Gießhalle einer NE-Gießerei befand sich eine Gas Boiling Filtration Box (GBF-Box), aus der über ein Spundloch der Box Aluminiumschmelze in einen 1 m darunter befindlichen Restschmelzekübel abgelassen wurde. Der Kübel war mit einem Gitterrost abgedeckt, der den Einblick in den Kübel zur Prüfung, ob sich eventuell Wasser im Kübel befindet, ermöglichte. Der Gitterrost diente aber auch als Standfläche für die Arbeitnehmer während des Umfüllvorganges. Beim Befüllen des Restschmelzekübels mit flüssiger Aluminiumschmelze aus der GBF-Box stand der tödlich Verunfallte auf dem Gitterrost oberhalb des Kübels, so dass vermutlich Schneereste aus dem Sohlenprofil seines Schuhwerks über den Rost in den Kübel gelangten. Das eingetragene Wasser führte zu einer physikalischen Explosion, so dass die Aluminiumschmelze aus dem Kübel herausgeschleudert wurde und den tödlich Verunfallten und einen weiteren Arbeitnehmer traf.''<ref name="SKF15">{{Webarchiv|url=http://www.umweltbundesamt.de/zema/bericht_datenblaetter_15_extern.pdf |wayback=20050111132249 |text=''Ereignisse zur Auswertung im UA Ereignisauswertung der SFK.'' }} (PDF; 4 kB) Kommission für Anlagensicherheit (KAS)</ref>

== Siehe auch ==
* [[Aggregatzustand]]
* Umkehrprozess: [[Dampfschlag]]
* [[Staubexplosion|Explosion]] aufgrund [[elektrostatische Entladung|elektrostatischer Entladung]]

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Explosionsschutz]]
[[Kategorie:Vulkanismus]]
[[Kategorie:Nukleare Sicherheit]]
[[Kategorie:Explosionen]]
[[Kategorie:Unfallart]]

Physikalische Explosion - Versionsgeschichte

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