Vulkanologie

Vulkanausbruch im Untergeschoss

M�nchner Geowissenschaftler simulieren Eruptionen von Feuerbergen im Labor. Jetzt haben sie auch die Asche vom isl�ndischen Vulkan Eyjafjallaj�kull unter der Lupe.

Thorsten Naeser

Als im M�rz der isl�ndische Vulkan Eyjafjallaj�kull ausbrach, herrschte am Lehrstuhl f�r Mineralogie und Petrologie der Ludwig-Maximilian-Universit�t M�nchen gespannte Erwartungshaltung. Aufmerksam verfolgten die Wissenschaftler die Berichte ihrer Kollegen von der Vulkaninsel. Schnell war klar: Die Aschewolke des Feuerbergs wird nach Europa ziehen. Durch den Ascheauswurf bot sich den M�nchner Forschern und ihren europ�ischen Kollegen eine seltene Gelegenheit: Sie konnten den Einfluss der winzigen Partikel auf die Atmosph�re studieren und welche Auswirkungen die schwebenden Teilchen auf Flugzeugturbinen haben k�nnten. Zahlreiche Ascheproben lagern jetzt in den Labors des Instituts und werden wie wertvolle Sch�tze gehortet, bereit noch einmal den Weg durch einen k�nstlichen Vulkanschlot anzutreten.

"Die Eyjafjallaj�kull-Aschewolke war nur ein kleines Naturereignis, verglichen mit vielen anderen Vulkanausbr�chen in geologischen Zeitdimensionen. Doch die Auswirkungen des Vulkanstaubs auf Europa waren einmalig", erkl�rt Donald Bruce Dingwell, Leiter des LMU-Lehrstuhls f�r Mineralogie und Petrologie, der sich der Erforschung von Feuerbergen verschrieben hat. Das Spezialgebiet des Kanadiers ist die so genannte "Experimentelle Vulkanologie".

Eyjafjallaj�kulls Asche im Labor

Mit seinem Team stellt Dingwell die Bedingungen, wie sie im Inneren von Vulkanen herrschen, in seinen Labors nach und untersucht deren Auswurfprodukte auf Flie�verhalten, Bruchfestigkeit und Zusammensetzung ihrer Gase. Die M�nchner Geowissenschaftler geh�ren damit zu einer Handvoll Arbeitsgruppen, die sich weltweit mit der experimentellen Simulation von Feuerbergen besch�ftigen.

**Vulkan im Keller**

Hitze schl�gt Philippe Courtial entgegen. 1200 Grad Celsius zeigt das Thermometer an dem kleinen Ofen an, aus dem der Vulkanologe das Gef�� mit der gl�henden Lava mit einer Zange herausnimmt. Das fl�ssige Gestein stammt aus Ostafrika, vom Vulkan Nyiragongo, der im Jahre 2002 zum letzten Mal ausbrach und damals zahlreiche Todesopfer forderte. Darum analysieren die Vulkanologen nun die chemische Zusammensetzung des Gesteins, die mit daf�r verantwortlich ist, wie schnell die Lava erkaltet. Mit diesem Wissen k�nnen die Beh�rden vor Ort vielleicht erkennen, welche Gebiete bei einem erneuten Ausbruch gef�hrdet sind.

Bildzoom — **Vulkan im Keller**

Hitze schl�gt Philippe Courtial entgegen. 1200 Grad Celsius zeigt das Thermometer an dem kleinen Ofen an, aus dem der Vulkanologe das Gef�� mit der gl�henden Lava mit einer Zange herausnimmt. Das fl�ssige Gestein stammt aus Ostafrika, vom Vulkan Nyiragongo, der im Jahre 2002 zum letzten Mal ausbrach und damals zahlreiche Todesopfer forderte. Darum analysieren die Vulkanologen nun die chemische Zusammensetzung des Gesteins, die mit daf�r verantwortlich ist, wie schnell die Lava erkaltet. Mit diesem Wissen k�nnen die Beh�rden vor Ort vielleicht erkennen, welche Gebiete bei einem erneuten Ausbruch gef�hrdet sind.

Damit haben sie sich ehrgeizige Ziele gesteckt: Sie wollen verstehen, wie die Feuerberge funktionieren und wann und warum sie ausbrechen. "Noch in den 1990er Jahren hat es niemand f�r m�glich gehalten, dass man ein Vulkansystem jemals auch nur ann�hernd experimentell nachbauen kann", erz�hlt Dingwell. Die Natur erschien einfach zu komplex. Fast 20 Jahre sp�ter hat sich das Weltbild ver�ndert. Denn die Vulkanologen haben einige der gef�hrlichsten Feuerberge weltweit unter einem engmaschigen �berwachungsnetz, das die Chemie der Auswurfprodukte wie Laven oder Asche analysiert oder mit seismischen Sensoren quasi in die Berge hinein h�rt. Selbst aus dem Weltall bleibt keine Ver�nderung auf der Erdoberfl�che mehr verborgen: Satelliten bemerken schon die kleinste Hebung oder Senkung der Erdoberfl�che rund um �tna und Co. So besitzen die meisten der gef�hrlichen Vulkane mittlerweile ein umfassendes Datendossier �ber ihre All�ren und damit �ber ihr Gefahrenpotential f�r die Anwohner.

Vesuv unter Dauerbewachung

Zu Forschung vor Ort gesellt sich auch eine gute Portion Analyse am Computer: Immer wichtiger wird die Simulation realistischer Erdbebenszenarien auf modernen Supercomputern wie am Leibnizrechenzentrum in M�nchen. "Erst in den letzten Jahren wurden solche Simulationen �berhaupt m�glich, bei denen die seismische Wellenausbreitung in einer aktiven Vulkanregion mit realistischen Eigenschaften berechnet werden kann", erkl�rt Dingwell. Davor reichte die Rechenkapazit�t einfach nicht aus.

Einer der mittlerweile besonders akribisch �berwachten Vulkane ist der Vesuv in Italien: Hier w�re das Leben von rund zwei Millionen Menschen gef�hrdet – Dass der Feuerberg t�dlich sein kann, mussten vor knapp 2000 Jahren die R�mer leidvoll erfahren, als ihre St�dte Pompeji, Herculaneum, und Stabiae von Aschewolken versch�ttet wurden. "Heute wissen wir weit besser, wie der Vulkan tickt", erl�utert Dingwell. "Es gibt zahlreiche Fr�hwarnsysteme und Evakuierungspl�ne f�r den Fall einer Eruption, die wir gemeinsam mit den italienischen Kollegen st�ndig verfeinern."

Feuerspucker im Keller

Direkt in M�nchen vor Ort befindet sich das Glanzst�ck f�r die Forscherarbeit der Vulkanologen: Vier Stockwerke unter Dingwells B�ro im Keller des Instituts befinden sich bis zu vier Meter hohe, silbrig gl�nzende Stahlzylinder. "Hier stehen unsere Miniatur-Vulkane", erkl�rt Kai-Uwe Hess, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Dingwells Team. Am unteren Ende des Zylinders ist ein Ofen installiert. Wenn die Forscher die T�ren �ffnen, schlagen ihnen Temperaturen von bis zu 1300 Grad Celsius entgegen. Hier erhitzen die Geowissenschaftler Gesteinsproben, die sie rund um den Globus von den Vulkanen nach M�nchen transportiert haben. In dem Ofen werden die Proben zudem unter hohen Druck von bis zu 500 bar gesetzt. "Ganz �hnliche Bedingungen herrschen auch in einem Vulkan", erl�utert Hess.

Genau wie Magma in einem Feuerberg werden die Gesteinsproben in den Zylindern zur Explosion gebracht. Dabei verteilt sich der Staub in den oberen Abschnitten der R�hre, in dem die Wissenschaftler die Atmosph�re simulieren. Bei der Explosion wird mit einer Laseranordnung gemessen, wie hoch die Geschwindigkeit der Partikel ist, wenn sie in diese Atmosph�re eintreten. So bestimmen die Forscher, wie weit die Partikel geflogen w�ren, wenn sie bei einem realen Vulkanausbruch ausgeworfen worden w�ren, und werten aus, welche Gr��e die Teilchen hatten, die w�hrend der so genannten Fragmentierung entstanden sind.

Der Eyjafjallaj�kull wandert ins Labor

Mit dem gleichen System wird das Team nun in n�chster Zeit die Ascheprodukte des isl�ndischen Vulkans Eyjafjallaj�kull untersuchen. Daf�r hat Corrado Cimarelli, ein weiterer Mitarbeiter Dingwells, direkt am Vulkan viele Kilogramm Auswurfprodukte gesammelt. Als er im Mai den Vulkan besuchte, hatte sich das romantische isl�ndische Landschaftsbild aus Feuer und Eis rund um den Vulkan stark ver�ndert. "Ich bin durch eine Region gelaufen, die an eine W�ste aus schwarzem Sand erinnert hat", erz�hlt Cimarelli. Als Cimarelli am Vulkan ankam, hatte seine Eruptionst�tigkeit bereits nachgelassen. Doch obwohl der Geowissenschaftler seine Ascheproben rund sieben Kilometer entfernt von der Caldera sammelte, musste er immer noch eine Atemmaske tragen. "Wir haben auch die Aschekonzentration in der Luft gemessen", erz�hlt er. "Sie war dreimal h�her als es f�r Menschen ertr�glich w�re." Selbst acht Kilometer entfernt vom Krater prasselten immer noch rund mehrere hundert Gramm Asche st�ndlich auf den stark abgeschmolzenen Gletscher nieder.

**Ausbruch Anfang April**

Noch geb�rdet sich der Eyjafjallaj�kull recht harmlos: Aus zwei Spalten dringt Magma nach oben – ein Spektakel f�r Touristen und Vulkanforscher gleicherma�en.

Die gesammelten Ascheproben stehen nun fein s�uberlich sortiert im M�nchner Labor. Einige Proben werden auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht, andere noch einmal erhitzt, unter Druck gesetzt und dann durch den k�nstlichen Vulkan gejagt. "Diese Untersuchungen helfen uns, die Charakteristika von Eyjafjallaj�kulls Magma besser kennenzulernen", sagt Cimarelli. Die Geowissenschaftler analysieren dabei vor allem, wie viel Glas die Asche enth�lt und bei welchen Temperaturen diese schmilzt. "Die Daten sind besonders wichtig f�r die Luftfahrt", erkl�rt Ulrich K�ppers, der ebenfalls an der Arbeit beteiligt ist. "Wenn man wei�, bei welchen Temperaturen die Asche schmilzt, kann man die Sicherheitsstandarts f�r Triebwerke anpassen", so K�ppers. Denn in den hei�en Flugzeugtriebwerken k�nnten die Partikel erneut aufgeschmolzen werden und damit zu einem Ausfall der Technik f�hren.

"Mit den Experimenten betreiben wir Vulkanologie im Zeitraffer", sagt Dingwell. "Wir haben nicht die vielen Milliarden Jahre Zeit, die die Erdentwicklung hatte. Also m�ssen wir schneller sein." Fast w�chentlich finden Dingwells Mitarbeiter �berraschende Eigenschaften von Lavagesteinen. Gesteinsschmelzen sind komplizierte Materialgemische, die bei jedem Vulkan unterschiedlich zusammengesetzt sind. Oder wie es Dingwell sagt: "Vulkane sind Individualisten, von denen wir noch l�ngst nicht alles wissen.