Explosion
Beschreibung mit freundlicher Genehmigung der Nebelhornbahn-Aktiengesellschaft
Foto: Rainer Schwarz
Foto: Polizei Gütersloh
Foto: BOS Trainingszentrum Graf Yorck GmbH
Foto: BR 122011
Foto: Rainer Schwarz
Foto: Heiko Schulz
Foto: Michael Arning
Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur und des Druckes.
Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und der Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen.
Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.
Fotos: Blaulichtmeldung Mitteldeutschland, Tino Plunert
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Gebäude in Weinböhla, Landkreis Meißen in Sachsen
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schwer verletzte Frau nach Explosion durch Spraydosen
Foto: Rainer Schwarz 102010
Bei falscher Handhabung explodieren Feuerwerkskörper unkontrolliert.
Tafel: Deutsches Museum.
Foto: Rainer Schwarz
Fotos nach einer Gasexplosion
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Innenansicht nach einer Gasexplosion
Foto: WSP Oldenburg -
später steht das Schiff im Hafen
Foto: Rainer Schwarz
Explosionstypen
Man unterscheidet zwei Typen von Explosionen:
Wärmeexplosionen und Kettenverzweigungsexplosionen
- Wärmeexplosionen (thermische Explosionen) entstehen, wenn die Reaktionsenthalpie nicht schnell genug abgeführt werden kann und damit die Temperatur des Systems ansteigt. Der Temperaturanstieg führt zu einem Anstieg der Reaktionsgeschwindigkeit und damit zu noch größerer Wärmefreisetzung und schließlich zur Explosion (Theorien von Semenov, Frank-Kamenitzkii und Thomas). Ein Beispiel für eine thermische Explosion ist die Chlorknallgasreaktion.
- Kettenverzweigungsexplosionen (isotherme Explosionen) entstehen bei Radikal (Chemie)|radikalischen Reaktionen, wie der Knallgasreaktion. In einem bestimmten Temperatur- und Druckbereich finden mehr Kettenverzweigungen als Kettenabbruchreaktionen (durch Rekombination der Radikale) statt, so dass die Anzahl der Radikale und damit die freigesetzte Reaktionsenthalpie schnell ansteigt und zur Explosion führt.
Diese Typen unterscheiden sich in der Art der Energie freisetzenden chemischen Reaktion. In beiden Fällen ist jedoch der thermodynamische Vorgang derselbe: Die freigesetzte Energie führt zu rapider Temperatur- und Drucksteigerung sowie Volumenausdehnung, die das umgebende Material auseinander sprengt.
Schließlich gibt es noch Explosionen, bei denen keine chemische oder nukleare Reaktion stattfindet, sondern lediglich ein zunehmender Druck in einer festen Hülle (z. B. gasreiches Magma in einem Vulkan oder Dampfexplosionen) diese zum Bersten bringt.
Fotos: Michael Arning
makroskopisch
Eine weitere Unterscheidung wird Makroskopie|makroskopisch getroffen:
- Deflagration (z.B. Verpuffungen), bei der die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flamm- oder Reaktionsfront langsamer als die Schallgeschwindigkeit des jeweiligen Mediums (dem Explosivstoff) ist und sich die Abgasschwaden entgegen der Ausbreitungsrichtung bewegen.
- Detonation, die sich mit Überschallgeschwindigkeit im Medium ausbreitet und bei der sich die Abgasschwaden in der Ausbreitungsrichtung bewegen.
Wirkrichtung
Die Gegenrichtung zur Explosion ist die Implosion; hier expandiert das reaktive Medium nicht, sondern kontrahiert. Da die zur Implosion führende mechanische Arbeit über den Druck von der umgebenden Atmosphäre geleistet und nicht von einem Sprengkörper freigesetzt wird, ist der Energiebetrag, im Gegensatz zu dem einer Explosion, durch das implodierende Volumen und durch die Umgebungsbedingungen begrenzt.
Bilder: Thomania - Presse; Nachstellung eines Brandes
Vorkommen
In der Natur kommt es meistens zu Explosionen im Zusammenhang mit Vulkanismus. Hierunter fallen explosionsartig verlaufende Vulkanausbrüche (z. B. Krakatau 1883) oder Wasserdampfexplosionen. Wasserdampfexplosionen entstehen bei Kontakt von Wasser mit Magma.
Auch Einschläge von Meteoriten können zu Explosionen führen, wenn diese mit ausreichender Geschwindigkeit auf den Boden oder auf Wasser treffen oder infolge des Luftwiderstands in der Atmosphäre sehr stark abgebremst werden. In beiden Fällen wird Bewegungsenergie in sehr kurzer Zeit in Wärme umgewandelt, was zur explosionsartigen Verdampfung des Meteoriten und ggf. des Auftreffmediums (Erdreich, Wasser) führt. Bei Landeinschlägen entstehen auf diese Weise Einschlagkrater|Einschlagskrater.
In der Astronomie wird das Ende des Lebenszyklus von massereichen Sternen mit dem Begriff der Supernov] bezeichnet. Diese stellen die größte (bezogen auf die freigesetzte Energie) bisher bekannte Form einer Explosion dar.
Technisch lassen sich zwei "Typen" von Explosionen unterscheiden. Gewollte und ungewollte Explosionen. Die gewollten Explosionen werden meist mit dem Begriff der Sprengung beschrieben, sie dienen unterschiedlichen technischen (Steinbrüche, Feuerwerkskörper, Tunnelbau) oder militärischen Zwecken. Als Mittel zur Durchführung dieser Explosionen werden Sprengstoffe verwendet.
Ungewollte Explosionen treten praktisch immer als Folge gestörter technischer Prozesse auf. Dies kann die fehlerhafte Bedienung eines Gasanschlusses in Wohnhäusern oder auch die unbeabsichtigte Freisetzung von Gasen mit nachfolgender Zündung in beispielsweise Chemieanlagen sein. Explosionen dieses Typs unterteilt man nach Art des Brennstoffes in Gas-, Dampf- oder Staubexplosionen.
Beispiele für Explosionsunglücke sind die Explosion des Oppauer Stickstoffwerkes, Piper Alpha oder die Explosion in Toulouse.
Explosionen als gewolltes oder ungewolltes Menschenwerk
Technisch lassen sich zwei „Typen“ von Explosionen unterscheiden, gewollte und ungewollte Explosionen. Gewollte Explosionen werden meist mit dem Begriff der Sprengung beschrieben; sie dienen unterschiedlichen technischen (Steinbruch|Steinbrüche, Bergbau|Minen, Feuerwerkskörper, Tunnelbau, Explosionsmotor) oder militärischen Zwecken. Die bislang größte gewollte Explosion war die der Zar-Bombe, der größten jemals gezündeten Wasserstoffbombe, die 1961 von der Sowjetunion gezündet wurde und eine Sprengkraft von 50 bis 60 Megatonnen TNT-Äquivalent|TNT besaß.
Ungewollte Explosionen treten praktisch immer als Folge gestörter technischer Prozesse auf. Dies kann die fehlerhafte Bedienung eines Gasanschlusses in Wohnhäusern oder auch die unbeabsichtigte Freisetzung von Gasen mit nachfolgender Zündung in beispielsweise Chemieanlagen sein. Explosionen dieses Typs unterteilt man nach Art des Brennstoffes in Gasexplosionen oder Staubexplosionen. Oftmals sind auch verkettete Explosionen wie beim sogenannten BLEVE möglich. Dabei explodiert zunächst eine brennbare Flüssigkeit physikalisch und dann folgt eine Gasexplosion. Deshalb muss beim Umgang mit solchen Prozessen und Stoffen ein umfassender Explosionsschutz stattfinden.
Beispiele für Explosionsunglücke sind die Explosion des Oppauer Stickstoffwerkes, Piper Alpha oder die Explosion in Toulouse. Die bislang größte ungewollte Explosion dürfte die Halifax-Explosion sein, eine durch ein Feuer auf dem Munitionsfrachter Mont Blanc verursachte Explosion, die etwa drei Kilotonnen Sprengkraft besaß. Dies entspricht ca. 23 % der Sprengkraft der Hiroshima-Bombe Little Boy. Bei der Explosion kamen etwa zweitausend Menschen ums Leben.
Foto: Rainer Schwarz
Gesundheitliche Folgen
Je nach Art, Schwere und Entfernung der Explosion und weiteren Umständen kommt es zu typischen gesundheitlichen Schäden, wie Lungenrissen, Acute Respiratory Distress Syndrome|ARDS, Knalltraumata, [[Verbrennung (Medizin), schweren Wunde|Verletzungen und Schock (Medizin)|Schockzuständen. Dabei wird zwischen primären (direkt durch die Explosionsreaktion), sekundären (durch mitgeschleuderte Splitter) und tertiären Verletzungen (zum Beispiel durch Sturz oder Trümmerteile) unterschieden.
Strafbestimmungen
In Deutschland ist das Herbeiführen einer Sprengstoffexplosion gemäß § 308 StGB eine gemeingefährliche Straftat (Verbrechen bei Vorsatz, Vergehen bei Fahrlässigkeit).
siehe auch:
- Explosionsgrenze
- Explosionsschutz
- Explosionsfähige Atmosphäre
- Explosionsgefahr
- Explosionsgrenze
- Explosionsschutz
- Detonation
- Gasexplosion
- Physikalische Explosion
- Explosionsfähige Atmosphäre
- Staubexplosion
- BLEVE (Tank-Explosion)
- Sprengstoff
- Schwarzpulver
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