Waldbrände sind komplexe Naturgefahren, da sie aus dem Zusammenspiel von Vegetation, Topografie, Witterung und atmosphärischen Prozessen entstehen. Während kleine Brände häufig lokal begrenzt bleiben, können sich unter ungünstigen Bedingungen hochdynamische Brandereignisse entwickeln.
Bei Waldbränden in Kalifornien, Frankreich, Spanien oder Süditalien überraschen die Intensität und Ausbreitungsgeschwindigkeit. Befasst man sich mit Waldbränden, dann sind verschiedene Formen anzutreffen.
Untergrundbrände (Ground Fires) brennen überwiegend in verrottenden Wurzeln unter der Erdoberfläche sowie in der Humus- bzw. Rohhumusschicht (Duff Layer). Diese besteht aus verdichtetem abgestorbenem Pflanzenmaterial wie Laub, Rinde, Nadeln und kleinen Zweigen. Untergrundbrände werden durch Schwelverbrennung aufrechterhalten, also durch eine Verbrennung ohne offene Flammen. Da sie nur wenig oder gar keinen Rauch erzeugen und sich sehr langsam ausbreiten, können sie über lange Zeit unbemerkt bleiben. Trotz ihrer geringen sichtbaren Intensität können sie tief in organische Bodenschichten eindringen und später erneut als offenes Feuer ausbrechen.
Bei einem Oberflächenbrand (Surface Fire) breitet sich das Feuer in der Streuschicht, in Gräsern, Kräutern und niedrigem Buschwerk aus. Die Flammenhöhe ist meist gering, die Ausbreitung wird primär durch Wind, Hangneigung und Brennstofffeuchte bestimmt. Die Atmosphäre beeinflusst das Feuer wesentlich stärker als umgekehrt.
Ein intensiver Oberflächenbrand entsteht, wenn mit zunehmender Wärmefreisetzung kräftige Konvektionsströmungen entstehen. Die Flammen werden höher, die Ausbreitung beschleunigt sich und Funkenflug (Firebrands) verursacht erste Spotfeuer vor der eigentlichen Feuerfront. Das Feuer beginnt bereits, sein lokales Windfeld zu beeinflussen.
Bei einem Kronenbrand (Crown Fire) erreicht das Feuer die Baumkronen, die freigesetzte Energie steigt sprunghaft an. Die Flammen breiten sich nun nicht mehr nur am Boden, sondern auch im Kronendach aus. Die Wärmefreisetzung nimmt um ein Vielfaches zu, wodurch starke Aufwinde entstehen. Kronenbrände können sich wesentlich schneller ausbreiten als reine Bodenfeuer.
Ab einer hohen Brandintensität beginnt das Feuer, seine eigene Wetterdynamik auszubilden. Die Rede ist von einem pyrokonvektiven Brand (Pyroconvective Fire). Die aufsteigende Heißluft, die mit rund 160 km/h aufsteigt, bildet eine mächtige Konvektionssäule (Fire Plume), die Luft aus allen Richtungen ansaugt. Es entsteht eine positive Rückkopplung: Mehr Sauerstoff verstärkt die Verbrennung, die wiederum den Aufwind intensiviert.
Von einem Pyrocumulus und Pyrocumulonimbus ist die Rede, wenn die Konvektionssäule so hoch reicht, dass sich Wolken bilden. Zunächst entsteht ein Pyrocumulus (Quellwolken), bei extremer Energie sogar ein Pyrocumulonimbus (Gewitterwolken), ein gewitterähnliches Wolkensystem. Die heiße Luft kondensiert und bildet Wolken mit Eispartikeln. Die Eispartikeln bauen durch Reibung elektrische Ladungen auf, die mit Blitzen freigesetzt werden. Dazu kommen starke Fallwinde. Es können neue Brandherde ausgelöst werden. Das Feuer beeinflusst die Atmosphäre aktiv und wird nicht mehr nur von ihr gesteuert.
Bei einem Extrembrand (Extreme Wildfire) dominieren nichtlineare Prozesse. Das Feuer erzeugt starke Eigenwinde, großräumigen Funkenflug über Kilometer, Feuerwirbel und unvorhersehbare Richtungsänderungen. Herkömmliche Ausbreitungsmodelle stoßen hier an ihre Grenzen, weil die Kopplung zwischen Feuer und Atmosphäre das Verhalten bestimmt.
Die höchste Eskalationsstufe entsteht, wenn sich über einer sehr großen, gleichzeitig brennenden Fläche eine gemeinsame Konvektionssäule ausbildet (Feuersturm). Dadurch wird Luft aus allen Richtungen mit hoher Geschwindigkeit angesaugt. Dieser selbstverstärkende Kreislauf kann Windgeschwindigkeiten erzeugen, die weit über den natürlichen Umgebungswind hinausgehen. Die enorme Sauerstoffzufuhr erhöht die Verbrennungsintensität weiter, wodurch ein sich selbst erhaltendes System entsteht. Feuerstürme treten nur unter außergewöhnlichen Bedingungen auf und unterscheiden sich grundlegend von einem gewöhnlichen Großbrand.
Literatur:
[1] Kevin Speer and Scott Goodrick: „Wildland Fire Dynamics“, Cambridge University Press, Cambridge 2022
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