Vesuv: Simulation eines Vulkanausbruches

Das INGV-Neapel stellte auf einem Vulkanologen-Kongress eine neue Computersimulation vor, die die ersten Minuten eines Vesuv-Ausbruches zeigt. Durch klicken auf das Bild gelangt ihr zu einem Video von Spiegel-Online mit besagter Animation.

Ziel der neuen Animation sei es, die Bevölkerung im Golf von Neapel auf die Gefahren hinzuweisen, die vom Vesuv ausgehen. Es leben ca. 3 Millionen Menschen im Einzugsgebiet des Vulkans und mehr als 750.000 in der Zone mit der höchsten Gefahrenstufe. Die Simulation zeigt einen Ausbruch mittlerer Stärke, wie er sich zuletzt 1631 ereignete. Die Folgen eines Vulkanausbruches wie im Jahre 79 n.Chr. wären weitaus dramatischer. Damals wurden die Städte Pompeji, Herculaneum und Stabiae zerstört. In der Bronzezeit ereignete sich die Avellino-Eruption die noch stärker war. Dass zeigt, dass die neue Simulation kein worst-case Szenario darstellt, sondern eher eine Verharmlosung des Gefahrenpotentials des Vesuvs ist.

Submarine Vulkanausbrüche und neue Inseln

Vulkane die sich am Meeresboden bildeten sind die häufigsten Vulkane der Welt. Während es nur ca. 1900 aktive Vulkane an Land, bzw. oberhalb des Wassers gibt, wird die Zahl der submarinen Vulkane weitaus höher eingeschätzt. Da die Tiefsee zum großen Teil unerforscht ist, kann die Zahl hier nur geschätzt werden; manche Quellen sprechen von mehr als 1.000.000 Unterwasser-Vulkane. Diese fördern ungefähr 75 % der jährlich ausgestoßenen Lavamenge. Die meisten dieser Ausbrüche laufen im Verborgenen ab und werden nicht entdeckt.

Submarine Vulkane entstehen besonders entlang der mittelozeanischen Rücken und hinter den Subduktionszonen der Tiefseegräben. Aber auch vor den Tiefseegräben gibt es Vulkane. Diese wurden erstmalig im Jahr 2006 in einer Wassertiefe von  5000 m entdeckt und „petit spots“ genannt. Sie entstehen auf dem abtauchenden Teil der ozeanischen Platte. Da sich die Platte kurz vor der Subduktionszone verbiegt bilden sich Risse in der Kruste. Durch diese kann Magma aufsteigen und lässt die gut 50 m hohen Vulkankegel entstehen. Zudem gibt es Unterwasser-Vulkane die sich über Mantelplume bilden, den sogenannte „hot-spots“,  mitten in den tektonischen Platten der Ozeanböden.

An den mittelozeanischen Rücken bilden sich Spaltenvulkane aus denen dünnflüssiger tholeiitischer Basalt (sogenannte MORBs) quillt. Während die ozeanischen Intraplattenvulkane über „hot spots“ auch noch dünnflüssige Basaltlaven fördern, ändert sich der Chemismus der Laven an Subduktionszonen. Hier wird zähflüssigere subalkalische Lava gefördert, die oft explosiv austritt, oder Lavadome bildet. Hinter den Subduktionszonen zweier ozeanischer Platten tauchen zahlreiche Vulkane in Gruppen auf und bilden vulkanische Inselbögen.

Submarine Vulkane in den Platten, oder an den Kontinentalrändern der Subduktionszonen formieren sich zu „seamounts“. Das sind steil aufragende Vulkankegel, deren Flanken häufig instabil sind. Wenn eine Vulkanflanke Unterwasser abschert, kann ein Tsunami entstehen. Der wohl bekannteste „seamount“ im Mittelmeer ist der Mount Marsili vor Italien.

Jeder Inselvulkan hat als submariner Vulkan angefangen, aber nur die wenigsten submarinen Vulkane erreichen die Wasseroberfläche. Häufig ist die Erosionsrate höher als die Förderrate der Lava, so dass oberflächennahe submarine Vulkane schnell wieder abgetragen werden. In den seltensten Fällen etabliert sich eine stabile Insel. In den letzten hundert Jahren konnten sich nur Anak Krakatau und Surtsey dauerhaft gegen die Wellen behaupten.

Wenn die vulkanische Aktivität einer kleineren Vulkaninsel aufhört, wird diese wieder von den erosiven Kräften abgetragen. In tropischen Gewässern mit Riffbildung kann ein Atoll entstehen.

Unterwasser tritt die Lava meistens effusiv in Form von Kissenlava aus. In größeren Tiefen hat das Meerwasser eine Temperatur von ca. 1 Grad Celsius und austretende Lava kühlt oberflächlich schnell ab. Es entstehen kurze Lavaströme, die wie aneinander gereihte Kissen aussehen. Im Inneren der Lavakissen ist das Gestein geschmolzen und wenn weitere Schmelze nachströmt bricht das Kissen auf, die Schmelze tritt aus und ein weiteres Kissen entsteht.

In flacherem Wasser kann es zu Wasserdampfexplosionen kommen, welche die Kraft der Eruption verstärken. Die Geburt einer neuen Insel ist daher meistens ein gewaltiges Spektakel mit hoch aufsteigenden Dampfwolken und starken Explosionen, die Lavafetzen mit hoch reißen. In Wassertiefen größer 200 m verhindert der hohe Druck der Wassermassen starke Explosionen.

Eine generelle Gefahr bei submarinen Vulkanausbrüchen besteht darin, dass Wasser in die Magmakammer eindringt. Das kann zu starken magmatophreatischen Explosionen führen, die sogar eine ganze Insel sprengen können. Solche Vorkommnisse sind allerdings sehr selten.

Submarine Vulkane deren Ausbrüche deutlich sichtbare Spuren Überwasser verursachen, waren in den letzten Jahren vor allem am zirkumpazifischen Feuerring aktiv. Allein beim Archipel von Tonga sind 36 aktive submarine Vulkane bekannt. Im März 2009 brach einer diese Feuerspeier zwischen den kleinen Vulkaninseln Hunga Tonga und Hunga Ha’apai aus und schleuderte Lava, Wasser und Dampf hoch in die Luft. Die Explosionen wirbeln Sedimentablagerungen auf die das Wasser zusätzlich trüben.

Selbst bei submarinen Vulkanausbrüchen in großen Tiefen besteht eine Gefahr für den Schiffsverkehr: ausperlende Gasblasen können die Tragfähigkeit des Wassers verringern und so Schiffe zum Sinken bringen. Ausströmende Gase und steigende Wassertemperaturen sind Todesfallen für Fische.

Der jüngste submarine Vulkanausbruch begann im Oktober 2011 vor der Kanareninsel El Hierro. Wenige Kilometer vor der Küste öffneten sich mindestens 2 Förderschlote. Es besteht die Möglichkeit, dass sich der Ausbruch Richtung Land verlagert.

Neuseeland: Pink and White Terraces

Nach 125 Jahren wurde am 10.Juni 2011 ein verloren gegangenes Naturwunder, auf der neuseeländischen Nordinsel wiederentdeckt: die legendären Kalksinterterrassen von Tetarata und Otukapuarangi. Vielen sind sie besser als „Pink and White Terraces“ bekannt. Allerdings, und da liegt der Haken, befinden sich die Kalksinterterrassen heute in 60 m Tiefe im Lake Rotomahana. Ein Tauchboot hatte sie auf Sonaraufnahmen bereits im Januar entdeckt, doch die Bilder wurden erst jetzt vollständig ausgewertet.

Wie die Kalksinterterrassen in 60 Meter Wassertiefe kamen? Ganz einfach: vor 125 Jahren brach der Vulkan Tarawera am Ufer des Sees aus. Sein Gipfel spaltete sich, als sich eine 6 km lange Eruptionsspalte öffnete. Es kam zu einem gewaltigen Hangrutsch und Gerölllawinen stürzten in den See, an dessen Ufer sich die Kalksinterterrassen befanden. Der Ablauf des Sees wurde verschüttet und der Seespiegel stieg um 100 Meter an und verschluckte die Terrassen, die in einem Thermalgebiet lagen. Das Thermalgebiet war damals ein Touristenmagnet und wurde als 8. Weltwunder gehandelt. Viele reiche Europäer und Amerikaner reisten damals dorthin, um sich die Terrassen anzuschauen und in Becken mit heißem Thermalwasser zu baden. Sie fanden in der christlichen Maori-Siedlung Te Waiora quartier. Der Ort wurde durch den Ausbruch ebenfalls zerstört. Lahare und Vulkanasche begruben ihn. Heute ist „the burried village“ wieder Touristenmagnet. In einem Freilichtmuseum sind einige Ausgrabungen zu bewundern.

Der Mount Tarawera ist Teil eines größeren Vulkankomplexes in der Nähe von Rotorua. Der Vulkan bildete sich in einem komplexen Caldera System. Die übergeordnete Struktur ist die Haroharo-Caldera. Sie ist 16 x 26 km groß und entstand im Holozän. In ihr bildeten sich mehrere kleinere Calderen und der Okataina Vulkankomplex, zu dem der Tarawera gehört. Dieser Vulkan setzt sich aus 11 rhyolithischen Domen zusammen, die auf einer Störungszone liegen, entlang derer sich auch die jüngste Eruptionsspalte öffnete. Dieser Ausbruch, der 1886 die Terrassen verschüttete und Te Waiora zerstörte, förderte allerdings basaltische Lava.

Naturkatastrophen in Deutschland

Die Debatte um die Sicherheit der Atomkraftwerke in Deutschland wirft die Frage nach der Häufigkeit und Stärke von Naturkatastrophen bei uns auf. Oft ist in dieser Diskussion zu hören, dass es solch heftige Naturkatastrophen wie in Japan bei uns nicht geben könne. Solche Aussagen von Politikern und Lobbyisten der Atomenergie verblüffen mich. Grundlage dieser Aussage sind statistische Betrachtungen der Naturkatastrophen der letzten 300 Jahre. Doch in geologischen Zeiträumen gerechnet sind 300 Jahre ein Wimpernschlag. Für eine verlässlichere Analyse müsste man viel weiter zurückblicken. Zugegeben, die Wahrscheinlichkeit einer dramatischen Naturkatastrophe, vergleichbar mit dem Erdbeben und Tsunami vom 11.03.2011 in Japan, ist bei uns in Deutschland wesentlich geringer, als an den Kontinentalrändern und anderen tektonisch aktiven Gegenden, dennoch kommen auch in Deutschland Erdbeben und andere Naturkatastrophen vor, die Ereignissen in anderen Ländern in nichts nachstehen.

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Neues Modell für Magmenaufstieg am Stromboli

Der Inselvulkan Stromboli  liegt nördlich von Sizilien und ist seit mehr als 2000 Jahren daueraktiv. Von einigen Pausen abgesehen, speit er normalerweise mehrmals stündlich Lava. Die Tephra erreicht bei diesen strombolianischen Eruptionen normalerweise  eine Höhe zwischen 80 und 250 Metern. Generell funktionieren explosive Vulkanausbrüche nach dem gleichen Schema: in der Magmakammer ist das Magma an Gasen übersättigt. Durch eine Änderung der Druck / Temperaturverhältnisse einerseits und Änderungen im Chemismus / Rheologie andererseits, wird das Gas freigesetzt. Das Magma steigt im Förderschlot auf und es bilden sich große Gasblasen. Diese steigen immer schneller auf und fragmentieren das Magma. An der Oberfläche explodieren die Gasblasen und schleudern Asche und Lavafetzen aus dem Förderschlot. In Bezug auf den Stromboli stellt sich nun die Frage, wie dieser Mechanismus seit Jahrtausenden funktioniert, besonders, da es einen großen Unterschied zwischen der ausgestoßenen Gasmenge und der tatsächlich geförderten Lavamenge gibt.

Messungen ergaben, dass der Vulkan täglich ca. 200 Tonnen Schwefeldioxid ausstößt. Das Magma des Strombolis enthält ca. 0,28% Schwefel. So müssen täglich 50.000 Tonnen Magma entgasen. Tatsächlich gefördert wird aber nur ein Bruchteil dieser Menge.

Nun liefern Wissenschaftler der Universität Bristol einen neuen Erklärungsversuch über den Verbleib der Schmelze und wie die strombolianischen Ausbrüche funktionieren könnten. Neben einer tief sitzenden Magmakammer postulierte Francis Beckett ein oberflächennahes Magmareservoir. Dort sammelt sich das Magma und steigt zur Oberfläche auf, wo es entgast und ein Teil davon als Lava bei den Eruptionen austritt. Die Restschmelze bildet weitere Kristalle und wird dichter und zähflüssiger. Daher sinkt sie wieder bis in das Reservoir ab.

Experimente mit Sirup haben gezeigt, dass zwei Materieströme verschiedener Viskosität, in einer vertikalen Förderleitung, in unterschiedliche Richtungen fließen können. Trotz des neuen Modells bleiben einige Fragen offen, etwa die, warum sich das Magma in den gleichzeitig auf- und absteigenden Strömen nicht vermischt.

Das sogenannte Magmamingling hat oft katastrophale Folgen. So wird angenommen, dass eine plötzliche Intrusion frischen Magmas in die Magmakammer des Krakataus die gewaltigen Explosionen auslöste, die im Jahr 1883 zum Untergang der Insel führten. Allerdings handelte es sich dabei um zwei sehr unterschiedliche Magmen. Der chemische Unterschied zwischen dem weitgehend entgasten Magma (Lava) das im Förderschlot des Strombolis wieder hinab sinkt, und dem aufsteigenden Magma ist weitaus geringer. Vielleicht verdankt der Stromboli seine langlebige Eruptivität aber auch genau diesem Umstand.

Mantelplume unter Yellowstone größer als gedacht

Der ohnehin gigantische Mantelplume unter dem Yellowstone-Vulkan ist vermutlich deutlich größer als gedacht. Das zeigen neue Untersuchungen die Michael Zhadanov und sein Team von der Universität in Salt Lake City durchgeführt haben. Dazu wandten sie eine neue Untersuchungsmethode an die Magnetotellurik genannt wird. Hierbei werden, ähnlich wie bei seismischen Messungen, Laufzeitunterschiede von Wellen benutzt, die sich in unterschiedlich dichtem Material verschieden schnell bewegen. Nur anstatt von Erdbebenwellen, werden bei der Magnetotellurik ultraniedrigfrequente Elektromagnetische Wellen beobachtet, die in der Ionosphäre entstehen und bis in den Erdmantel eindringen.

Bisher wurde angenommen, dass sich der Mantelplume unter dem Yellowstone ca. 241 km in westnordwestlicher Richtung ausbreitet und dabei mit einem Winkel von ca. 60 Grad ins Erdinnere abtaucht. Die neuen Untersuchungen haben eine Ausdehnung von 643 km ergeben und einen seichteren Abtauchwinkel von ca. 40 Grad. Der Plume soll dabei die Form eines Tornados haben. Das sich verjüngende Ende konnte bis in einer Tiefe von ca. 660 km verfolgt werden. Möglicherweise reicht er noch tiefer in den Erdmantel hinab, aber die Elektromagnetischen Wellen können nur bis in diese Tiefe vorringen.

Ein weiteres Forschungsergebnis von Zhadanov ist die Beobachtung, dass sich um den eigentlichen Mantelplume Zonen befinden, die mit Schmelze und Salzwasser (bzw. Fluide) gefüllt sein sollen, während das Gestein im eigentlichen Mantelplume zwar heiß, aber nicht geschmolzen ist. Dass Wasser den Schmelzpunkt von Gestein herabsetzt und es dadurch zum partiellen Schmelzen kommen kann, ist in der Vulkanologie schon lange bekannt und experimentell  nachgewiesen. Partielles Schmelzen wird als einer der Hauptgründe genannt, warum Magma auch in Zonen (Grenzbereich Erdkruste – Erdmantel) entstehen kann, in denen es aufgrund zu niedriger Temperaturen eigentlich nicht zur Entstehung von Schmelzen kommen sollte. Die Frage stellt sich, woher das Salzwasser kommt? Normaler Weise ist das ein Phänomen entlang von Subduktionszonen, an denen Ozeanische Kruste in den Erdmantel abtaucht und dabei wasserhaltige Sedimente mit in die Tiefe des Erdmantels schleppt. Wie bereits in einem meiner letzten Artikel über den Yellowstone-Mantelplume beschrieben, schneidet die Subduktionszone vor der Westküste der USA den Yellowstone-Mantelplume und interagiert mit diesem. Möglicherweise stammt das Salzwasser von dieser Quelle. Theoretisch kann es sich aber auch im Erdmantel gebildet haben und aus der Schmelze stammen. Wasser kann entweder direkt als H2O Molekül, oder als OH-Gruppe in den Kristallgittern der Mineralien eingebaut sein und durch Schmelzprozesse freigesetzt werden. Entgegen vieler älterer Lehrbücher geht man heute davon aus, dass die silikatische Gesteine des Erdmantels aufgrund der hohen Druckbedingungen im Erdmantel nicht geschmolzen sind, sondern sich plastisch wie Knetgummi verhalten und nur unter bestimmten Bedingungen schmelzen.

Einen Mantelplume kann man sich in etwa wie ein Schlauch vorstellen, aus dem Magma aus dem Erdmantel aufsteigt und bis in die Erdkruste eindringt. Am Ende des Mantelplumes sitzt eine Magmakammer auf, die den Yellowstone Vulkane mit Schmelze versorgt.

Europäische Flugsicherung probt einen Vulkanausbruch

Nach dem Chaos im Flugverkehr, das vor einem Jahr durch den Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull ausgelöst wurde, probt die europäische Flugsicherung nun den Ernstfall: ein Szenario lässt den Grimsvötn-Vulkan ausbrechen, der ebenfalls unter einem isländischen Gletscher liegt. Die Experten simulieren eine Aschewolke die über den Nordatlantik Richtung Europa zieht. Ziel der Simulation ist es, zu testen, ob die neuen Krisenpläne funktionieren, die nach dem Aschewolken-Desaster im letzten Frühjahr aufgestellt wurden. Damals wurde der Luftraum über Europa tagelang gesperrt. Viele Reisende saßen lange Zeit auf Flughäfen fest, der wirtschaftliche Schaden für die Fluggesellschaften war enorm.

Die Simulation wird von der ICAO durchgeführt. Teilnehmer sind Eurocontrol, die Europäische Flugsicherheitsagentur und das Vulkanasche-Beratungscenter in London, sowie 70 Fluggesellschaften.Was nach wie vor nicht geklärt zu sein scheint, ist, inwiefern Vulkanasche tatsächlich Schäden an Flugzeugmotoren hervorrufen. Grenzwerte für die Aschekonzentration in der Luft gibt es nach wie vor nicht.Das Szenario zumindest beruht auf eine reale Annahme. Einige Wissenschaftler sagen, dass ein Ausbruch des Grimsvötn-Vulkans bereits überfällig sei. Die letzten Ausbrüche ereigneten sich an diesem Vulkan 1996 und 2004. Damals zogen Aschewolken Richtung Skandinavien, erreichten aber bei weitem nicht die Dimensionen der Eyjafjallajökull-Eruption im Jahr 2010. Anfang 2011 gab es am Grimsvötn bereits zahlreiche Erdbeben, die auf ein Magmenaufstieg hindeuteten.

Weiterhin ungelöst scheint die Frage nach dem Krisenmanagement des Katastrophenschutzes in Deutschland zu sein, sollte es tatsächlich in Mitteleuropa zu einem Vulkanausbruch kommen. Ich habe schon mehrfach erlebt, wie selbst geringe Mengen Ascheniederschlag das öffentliche Leben lahmlegen können. Der Sandsturm, der letzte Woche für eine Massenkarambolage auf der A19 führte, verdeutlicht die Auswirkungen solch eines Szenarios. In Deutschland könnten die Eifelvulkane ausbrechen, im Cheb-Becken an der Grenze zur Tschechei gibt es deutliche Anzeichen magmatischer Aktivität im Untergrund. Die Vulkane der Auvergne sind ebenso potenzielle Kandidaten für eine Eruption, wie die Vulkane der Toscana. Bei Neapel schlummert nicht nur der Vesuv einen unruhigen Schlaf, sondern auch die Campi Flegrei. Dieses Vulkanfeld bildete sich in einer Caldera, die im Verdacht steht für eine Eruption mit einem VEI 7 verantwortlich zu sein. Ein Vulkanausbruch dieser Größenordnung würde nicht nur den Flugverkehr ins Chaos stürzen. Die Folgen wären eine globale Katastrophe im Kernland Europas.

Tickt unter dem Yellowstone eine vulkanische Zeitbombe?

Tickt unter dem Yellowstone eine vulkanische Zeitbombe?

Jüngste Medienberichte schüren Panik, dass unter der Yellowstone-Caldera eine vulkanische Zeitbombe ticken würde. Grund für die neuerliche Hysterie sind ein Artikel in National Geografic und ein Interview auf CNN mit dem Physiker Michio Kaku. In dem Artikel heißt es, dass sich der Boden der Caldera seit dem Jahr 2004 teilweise um 25 cm angehoben hätte. Dass entspricht eine jährliche Hebungsrate von ca. 7 cm. Tatsächlich ist der Trend seit 2007 stark rückläufig. In den letzten 3 Jahren hob sich der Boden nur noch um 1 cm pro Jahr.

Michio Kaku sprach in seinem Interview von einem kurz bevorstehenden Vulkanausbruch, der die halbe USA verwüsten würde.

Fakt ist, das sich der Boden tatsächlich angehoben hat, das die Magmakammer, die für diese Anhebung verantwortlich ist, aber in 10 km Tiefe liegt. Seriöse Geowissenschaftler geben somit vorerst Entwarnung und halten einen baldigen Ausbruch des Yellowstone-Vulkans für unwahrscheinlich. Erst wenn das Magma auf einer Tiefe von 2 – 3 km angestiegen sei, würde eine unmittelbare Gefahr bestehen.

An vielen Vulkanen und Calderen kommt es zur Magmen-Intrusion im Untergrund, ohne das tatsächlich ein Vulkanausbruch stattfindet. Beispiele hierfür sind das Cheb Becken in Böhmen und die Long Valley Caldera in den USA. Dort ereignete sich im Mai 1980 ein initialer Erdbebenschwarm und eine Anhebung (uplift) des Calderabodens um ebenfalls 25 cm begann. Zeitgleich erhöhte sich die Temperatur in hydrothermalen Quellen. Seitdem ereigneten sich mehrere uplift-Zyklen, ohne das es zu einem Ausbruch gekommen wäre. Die letzte Eruption ereignete sich in der Long Valley Caldera vor 250 Jahren. Damals kam es auch nicht zu einem katastrophalen Ausbruch, sondern zu einem vergleichsweise schwachen Ereignis.

Auch im Yellowstone Park gab es seit der letzten Supervulkan-Eruption vor 640.000 Jahren weitere Vulkanausbrüche während des Pleistozäns. Diese spielten sich aber innerhalb der Caldera statt. So wurden im Zeitraum zwischen 140.000 und 70.000 Jahren große Mengen rhyolihtischer Lavaströme gefördert. Im Holozän gab es phreatomagmatische Explosionen. Es ist also nicht gesagt, dass eine Eruption im Yellowstone Nationalpark katastrophale Folgen haben muss, sofern es dann überhaupt in mittelbarer Zeit zu einem Ausbruch kommen sollte.

Vulkanische Blitze und Gewitter

Vulkanische Gewitter entstehen besonders in den Eruptionswolken vulcanischer und plinianischer Vulkanausbrüchen. Vereinzelt treten Blitze aber auch bei kleineren Eruptionen auf.  Bei verschiedenen Gelegenheiten auf Anak Krakatau, am Ätna, Sinabung und Sakura-jima konnte ich schon vulkanische Blitze beobachten. Sie bildeten sich in den Aschewolken strombolianischer Eruptionen. Die Blitze entstanden meistens zwischen 5 und 10 Sekunden nach der Explosion.

Bei diesen vulkanischen Gewittern stören die neuen Oberflächen der fragmentierten Lava das elektrostatische Gleichgewicht. Neben der Anzahl der Partikel scheint die Anfangsgeschwindigkeit der aufsteigenden Tephra entscheidend für die Bildung von vulkanischen Blitzen zu sein. Zumindest bei den strombolianischen Eruptionen traten die Blitze vornehmlich auf, wenn die Eruptionswolke ungewöhnlich schnell aufstieg, der Gasdruck der Explosion also besonders hoch war.

Tagsüber sind elektrischen Entladungen in einer Eruptionswolke kaum zu sehen, wohl aber zu hören! An Gewittergrollen kann ich mich nur schwach erinnern, was in meinem Gedächtnis haften geblieben ist, ist das knisternde Geräusch statischer Elektrizität, das einem die Nackenhaare aufstellt.

Indes sind wissenschaftliche Untersuchungen dieses Naturphänomens recht selten, denn auch bei großen Eruptionen treten Blitze nicht zwangsläufig auf. So scheint es auch auf die atmosphärischen Bedingungen anzukommen, ob vulkanische Gewitter entstehen, oder nicht. Ronald Thomas vom NMT in Socorro ging dieser Frage im Januar 2006  am Mount St. Augustine in Alaska nach und installierte in 100 km Entfernung zum Vulkan zwei Messgeräte. Diese zeichneten die Richtung der Radiowellen-Emissionen auf, die bei elektrischen Entladungen entstehen. Am 28 Januar brach der Augustine aus und produzierte 4 größere Eruptionen, von denen Aschewolken, mehrere Kilometer hoch aufstiegen. Die Detektoren registrierten gleich in der ersten Eruptionswolke zwei Phasen elektrischer Entladungen. Als erstes wurden zu Beginn der Eruption direkt über dem Krater unzählige Mikroentladungen registriert, die in einigen sehr energiereichen Blitzen gipfelten. Daraus folgerten die Forscher, dass die heiße Tephra bereits im Förderschlot eine starke positive Ladung aufwies.

Während einer zweiten Blitzphase, die ca. 3 Minuten nach der ersten Explosion begann, registrierte Thomas über 300 Blitze, die von der Eruptionswolke ausgingen. Der längste Blitz war dabei 15 km lang. Dieses vulkanische Gewitter ähnelte einem Konventionellen. Neben der elektrischen Restladung der Tephra aus dem Initialstadium der Eruption, bauten sich in der Aschewolke elektrische Ladungen durch den Zusammenstoß der Aschepartikel auf. Ähnliches geschieht bei normalen Gewittern in Wolken, wenn Eiskristalle aufeinander treffen.

Zusätzlich registrierten die Messgeräte einen ca. 4 km langen Blitz, der vom Gipfel des Vulkans senkrecht in den Himmel schoss, um dann horizontal in die abdriftende Aschewolke  abzuknicken. Das lässt die Schlussfolgerung zu, dass sich am Gipfel selbst negativ Ladungen aufbauten, die sich hin zu einer positiv geladenen Aschewolke entluden.

Vulkanische Blitze spielen auch eine Rolle bei einer Theorie zur Entstehung des Lebens auf der Erde. Die Prozesse, bei denen aus anorganischer Materie organische Moleküle entstehen, wurden mittlerweile zum Teil in Laborversuchen nachempfunden. Bereits 1953 wiesen die Chemiker Miller und Urey in ihrem „Ursuppen-Experiment“ nach, dass aus Ammoniak, Wasserstoff und Methan Aminosäuren und Fettsäuren entstehen, wenn ihnen Energie in Form von Blitzen zugeführt wird. Das funktioniert aber nur unter dem Einfluss eines reduzierenden Milieus, also einer Atmosphäre – ohne freien Sauerstoff. Allerdings zerfallen die empfindlichen Bausteine des Lebens unter solchen Bedingungen schnell. Damit sie stabil bleiben, ist eines notwendig: Wasser.

Bedingungen, wie sie zur Entstehung von Leben notwendig sind, gab es nur in der Nähe urzeitlicher Vulkane. Dort konzentrierten sich nicht nur die erforderlichen anorganischen Verbindungen, sondern es herrschte auch das notwendige reduzierende Milieu vor. Zudem spien die Vulkane Wasser in Form von Wasserdampf aus, der schnell an feinen Partikeln kondensierte. Unter Energiezufuhr in Form von Blitzen, die häufig mit Vulkanausbrüchen einhergehen, entstehen unter diesen Bedingungen tatsächlich stabile organische Moleküle.

Fantastische Fotos eines vulkanischen Gewitters am Eyjafjallajökull stammen von Thorsten Böckel. Er hat sie bei den Geonauten gepostet.

Was Geschah im Jahre 535 n.Chr.?

Im 6. nachchristlichen Jahrhundert erlebten die Weltkulturen dramatische Umwälzungen. Das römische Reich wurde zerschlagen. Eine erste Pestepidemie suchte den vorderen Orient und Europa heim und entvölkerte ganze Landstriche. Eine Völkerwanderung begann, in dessen Folge das Reitervolk der Awaren über Europa herfiel und eine 200 Jahre dauernde Herrschaft übernahm. Der Islam wurde geboren. China wurde von einer Serie besonders harter Winter und Schneefall im August heimgesucht, in dessen Folge sich die zahlreichen kleinen Staaten zum heutigen China vereinten. In Mittel- und Südamerika herrschte hingegen eine mehrere Jahre anhaltende Dürre und viele Mayastädte wurden verlassen. Die Reiche der Antike verschwanden und das finstere Mittelalter begann.

Alle Indizien zusammengenommen deutet vieles auf eine globale Klimakatastrophe hin, die ihren Ursprung in den 30iger Jahren des 6. Jahrhunderts fand. Als Auslöser dieser Klimakatastrophe wurde lange Zeit die Theorie um den Einschlag eines Meteoriten favorisiert. Weiterhin standen eine unterseeische Methangas-Eruption und ein gigantischer Vulkanausbruch in Verdacht, die Katastrophe ausgelöst zu haben. Jahrzehnte der wissenschaftlichen Forschung lieferten keine Beweise für die Theorie um einen Meteoriteneinschlag, oder einer Methangas-Eruption. In den letzten Jahren verdichteten sich aber die Anzeichen, dass ein Vulkanausbruch Auslöser der globalen Klimakatastrophe gewesen sein könnte.

Der Wissenschaftsautor David Keys recherchierte diese hinweise in detektivischer Akribie und fasste die Ergebnisse in seinem Buch „Als die Sonne erlosch“ zusammen.

Erste Spuren fanden sich wieder in Eisbohrkernen aus Grönland, die bereits 1978 von einem internationalen Forscherteam untersucht wurden. In zwei Eisschichten, die zwischen den Jahren 527 und 534 abgelagert wurden, entdeckten die Wissenschaftler Schwefelsäure vulkanischen Ursprungs. Demnach gab es in dieser Periode 2 große Vulkanausbrüche, deren schwefelsäurehaltigen Aerosole in der Polregion der Nordhalbkugel abschneiten. Diese Entdeckung wurde einige Jahre später durch Eisproben aus der Antarktis bestätigt. Das Klimaarchiv dieser Eisproben belegte eine 4-jährige Phase mit schwefelsauren Niederschlägen in einem Zeitraum zwischen den Jahren 490 und 540 n. Christus. Sollten die Schwefelsäuresignaturen tatsächlich von ein, und dem Selben Vulkanausbruch stammen, muss sich der Verursacher in der Äquatorgegend befunden haben, denn nur dort treffen die Windsysteme der Nord- und Südhalbkugel aufeinander und waren so in der Lage die Schwefelsäure-Aerosole global zu verteilen.

Die Hinweise darauf, dass sich die Eruption im Jahre 535 ereignet haben müsste, verdichteten sich. Dendrochronologische Untersuchungen ergaben ein weltweit vermindertes Baumwachstum, das auf eine dramatische Klimaänderung hindeutete. Eine erste Kaltperiode wurde für die Jahre 533 und 534 verzeichnet. Ab 536 nahm die Wachstumsrate der Bäume in weiten Teilen der Erde dramatisch ab. 2 Jahre später nahm dieser Rückgang globale Maßstäbe an und dauerte 8 Jahre. In dieser Zeit gab es Missernten, Hungersnöte und die Ausbreitung der Pest erreichte neue Dimensionen. Zahlreiche Völker mussten zum überleben expandieren.

Geschichtsschreiber aus Griechenland, Italien und China erzählen in ihren Chroniken davon, dass sich die Sonne in den Jahren 535 und 536 für mehrere Monate verdunkelte. In China gab es seltsame Niederschläge, die darauf hindeuten, dass es vulkanische Asche regnete.

Der Vulkanologe Ken Wohletz vom Los Alamos National Laboratory entdeckte am Anfang dieses Jahrtausends Hinweise auf eine mögliche Eruption, die das Potential einer so drastischen Klimaänderung mit sich brachte. Tiefseesondierungen in der Sundastraße zwischen Sumatra und Java zeigten den Umriss einer gigantischen Caldera mit einem Durchmesser von 50 km. An ihrem Rand liegt der heutige Inselarchipel von Krakatau. Dieser Vulkan sorgte zuletzt 1883 für Schlagzeilen, als sich der größte Teil der Vulkaninsel in einer Eruption mit einem VEI 6 selbst sprengte. Ein Ereignis, dass die Welt bewegte und mehr als 36.400 Menschen das Leben kostete. Die Eruption hinterließ eine Caldera mit einem Durchmesser von 7 km. Um wie viel gigantischer muss ein Ausbruch gewesen sein, der einen 50 km durchmessenden Einsturzkrater hinterließ!? Ken Wohletz postulierte einen Protokrakatau, dessen Calderabildung im Endstadium einer plinianischen Eruption sogar erst die Sundastrasse zwischen Sumatra und Java geschaffen haben könnte. Dieser Ausbruch im Jahre 535 n.Chr. wäre um ein vielfaches stärker gewesen, als der Ausbruch des Tamboras, dessen weltweiten klimatischen Einflüsse 1816 zum Jahr ohne Sommer machten.

Die These um die Eruption des Protokrakatau wird in der Fachwelt kontrovers diskutiert. Der Autor dieses Buches befürwortet die These, dass der klimatische Umschwung im 6. Jahrhundert zumindest durch große Vulkanausbrüche mit verursacht wurde, hält es aber für wahrscheinlicher, dass sich die Auswirkungen mehrerer Eruptionen addierten. Ein Kandidat für eine plinianische Eruption mit anschließender Calderabildung ist der Rabaul auf Papua Neuguinea, der ebenfalls in dem beschriebenen Zeitraum eruptierte. Bei der These um die Eruption des Protokrakataus, wird ein Stadium in der Geschichte dieses faszinierenden Vulkans gerne übersehen. Zwischen der Eruption von 1883 und dem von Wohletz postulierten Ausbruch des Protokrakataus, muss es eine weitere Eruption gegeben haben; der klassische Krakatau bildete sich in einer Caldera mit einem Durchmesser von ca. 10 km, deren Reste die Inseln Lang Island und Verlaten Island darstellen. Eine so gewaltige Supervulkan- Eruption, dass eine 50 km durchmessende Caldera entstand, hätte sehr wahrscheinlich weitaus dramatischere Folgen gehabt, als sie im 6. Jahrhundert beschreiben wurden. Vermutlich bildete sich diese Caldera weitaus früher. Zwei zeitnahe Eruptionen mit einem VEI von 6 – 7 wären durchaus in der Lage, das globale Klima derart zu beeinflussen, dass es zu den beschriebenen Ereignissen gekommen sein könnte.

Nachtrag 2016: Als neuer Kandidat scheint der Ilopango in Sl Salvador in frage zu kommen.

Wohletz KH, 2000, Were the Dark Ages triggered by volcano-related climate changes in the 6th century? EOS Trans Amer Geophys Union 48(81), F1305

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