unizeit Nr. 32 vom 22.10.2005, Seite 6

Vollgas

Ein großer Vulkanausbruch hat nicht nur regionale Folgen, er kann durch die ausgestoßenen Gase auch das globale Klima beeinflussen. Was das langfristig bedeutet, untersuchen Kieler Geowissenschaftler an Vulkanen in Mittelamerika.

Als im Juni 1991 auf den Philippinen der Vulkan Pinatubo ausbricht, steigt eine Aschenwolke auf, die 24 Kilometer hoch reicht. Die gigantische Eruption schleudert Millionen Tonnen Asche und Bimsstein in die Luft. Über 400 Menschen sterben, dicke Ascheschichten bedecken die Landschaft. Doch die Folgen bleiben nicht auf die Philippinen begrenzt. Es kommt zu einer weltweiten Klimaveränderung. »Die globale Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche sank für rund zwei Jahre um 0,5 Grad Celsius«, berichtet Dr. Armin Freundt vom Leibniz- Institut für Meereswissenschaften. »0,5 Grad hört sich wenig an. Aber wenn man bedenkt, dass man bloß eine Temperaturabnahme von acht Grad im globalen Durchschnitt braucht, um wieder eine Eiszeit zu haben, dann ist das schon bedeutsam.«

Die Abkühlung nach einem Vulkanausbruch führen Experten auf den Ausstoß von gasförmigen Substanzen (Volatilen), vor allem Schwefelgasen zurück, die bei gewaltigen Eruptionen bis in die Stratosphäre gelangen. Die Stratosphäre ist eine Schicht der Atmosphäre. Sie erstreckt sich von zirka 10 Kilometern bis in eine Höhe von 50 Kilometern. Bei einem großen Vulkanausbruch werden Millionen Tonnen Schwefeldioxid freigesetzt. Aus dem Gas bilden sich mit der Feuchtigkeit in der Atmosphäre winzige Tröpfchen von Schwefelsäure, so genannte Aerosole. Weil es in der Stratosphäre keinen Regen gibt, werden die Aerosole nicht ausgewaschen. Sie sinken nach und nach herunter. Freundt: »Diese Wolken von Tröpfchen beeinträchtigen die Sonneneinstrahlung, sie absorbieren sie. Dadurch kommt weniger Sonneneinstrahlung auf der Erde an. Das ist der Effekt, der im Wesentlichen dazu führt, dass es eine globale Abkühlung gibt nach einer großen Eruption.«

Kratersee

Die Frage, die den Vulkanologen und seine Kollegen im Forschungsbereich »Dynamik des Ozeanbodens« beschäftigt, ist: Was bewirken vulkanische Gase auf lange Sicht? Denn solche hochexplosiven Vulkanausbrüche mit Eruptionswolken, die bis in die Stratosphäre reichen, kommen relativ selten vor. »Der Zeitraum zwischen den Eruptionen ist daher viel länger, als die Klimawirkung der einzelnen Eruptionen anhält«, so Freundt. »Aber es ist nicht sicher, dass der Schwefel und die anderen Volatile, die oben herein geschossen werden, auch wieder zu 100 Prozent herausfallen. Es könnte sich auch über lange Zeit etwas ansammeln.« Anhand von Ablagerungen der einzelnen Eruptionen untersucht der Wissenschaftler im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 574 (Volatile und Fluide in Subduktionszonen) den Gasausstoß aller Vulkane einer Subduktionszone über einen langen Zeitraum.

»Wir schauen uns die Ablagerungen der einzelnen Eruptionen an. Dadurch bestimmen wir die Masse an Magma* und Gasen, die bei jeder einzelnen Eruption herausgekommen ist. In Nicaragua überblicken wir die letzten 50.000 Jahre. Im Schnitt gab es dort eine Großeruption alle tausend Jahre. Das ist aber nur ein kleiner Ausschnitt, es geht um 200 Kilometer Subduktionszone (in deren Bereich sich eine Erdplatte über die andere schiebt). Insgesamt umfassen die Subduktionszonen der Erde rund 40.000 Kilometer Länge.«

Um herauszufinden, welche Gase in welcher Menge bei den jeweiligen Eruptionen freigesetzt worden sind, untersuchen die Geologen Proben von den einzelnen Ablagerungen. Freundt: »Unsere Proben bestehen im Wesentlichen aus vulkanischem Glas, dem typischen Bims. Es enthält nur noch ganz wenig gelöstes Gas. Darin gibt es Kristalle, die sind in der Magmakammer im Innern der Erde aus der Schmelze gewachsen und haben Tropfen von Schmelze eingeschlossen. Diese Einschlüsse, die in den Kristallen gefangen waren (im Bild unten links braun), konnten bei der Eruption nicht entgasen. Ihre Gaskonzentration entspricht in etwa der ursprünglichen Konzentration von Gasen im Magma.« Die Differenz der Gaskonzentration in den Einschlüssen und dem umgebenden Glas ergibt den bei der Eruption freigesetzten Anteil an Gas.

Aber nicht jeder Vulkanausbruch beeinflusst auch das globale Klima. Entscheidend ist die ausgestoßene Menge an Schwefeldioxid sowie die Höhe der Gaswolke. Ein weiterer maßgeblicher Faktor ist die geographische Lage des Vulkans. Einen globalen Klimaeffekt haben vor allem Eruptionen von Vulkanen in Äquatornähe: Hier transportieren Strömungen in der Stratosphäre die Aerosole um den ganzen Erdball. Die Vulkane Mittelamerikas sowie der Pinatubo liegen in Äquatornähe.

Neben Schwefeldioxid, Wasserdampf und Kohlendioxid kann die Eruptionswolke auch Halogene wie Chlor, Fluor, Brom und Iod in größeren Mengen enthalten. Diese Gase haben keine direkte Wirkung auf das Klima, sondern sie bauen durch komplexe chemische Reaktionen die Ozonschicht ab. Diese Reaktionen sind jedoch bisher nur zum Teil geklärt. Genauso wenig ist bekannt, wie viel von den Halogenen, die bei der Eruption ausgestoßen werden, tatsächlich in der Stratosphäre reagieren können, und wie viele davon zum Beispiel an Aschepartikeln haften bleiben und wieder herunterfallen. (ne)

*Solange sich die Lava im Untergrund befindet, handelt es sich um Magma. Hierunter versteht man geschmolzenes Gestein.

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