Hintergrund | 10.01.2013 | Drucken | Teilen

Geotektonik

Explosive Zeiten

Vulkane beeinflussen das Klima: Das ist nicht neu. Doch umgekehrt kann auch die Erderwärmung die innere Dynamik unseres Planeten ankurbeln - und die Feuerberge anheizen.
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Ausbruch des Eyjafjallajökull

Am Abend des 13. November 1985 suchte eine der schlimmsten Naturkatastrophen in seiner Geschichte den Andenstaat Kolumbien heim: Nach monatelanger erhöhter Aktivität brach der über 5300 Meter hohe Nevado del Ruiz aus. Er jagte 35 Millionen Tonnen Material in die Luft, und seine heiße Asche schmolz die mächtige Gletscherkappe des Gipfels innerhalb weniger Minuten. Rasch stürzten gewaltige, Lahare genannte Schlammlawinen die Flanken des Feuerbergs hinab, die auf ihrem Weg durch mitgerissenes Geröll und Bäume stark anschwollen. Zwei Stunden nach Beginn der Eruption erreichten diese Fluten unter anderem die Stadt Armero und zerstörten sie völlig – kein Mensch hatte damit gerechnet, dass die Schlammströme mehr als 100 Kilometer fließen könnten. Insgesamt starben mindestens 23 000 Menschen; das Schicksal der 13 Jahre alten Omayra Sánchez rührte Menschen rund um den Globus: Drei Tage lang kämpfte sie, in einem gefluteten Erdloch eingeklemmt, vor den Kameras der Weltpresse vergeblich um ihr Leben – niemand schaffte es rechtzeitig, eine funktionsfähige Pumpe zu besorgen und sie aus ihrem Gefängnis zu befreien.

Bis zum Februar 2012 blieb es dann ruhig um den Nevado del Ruiz; danach zeigte er wieder leichte Aktivität, die schließlich am 30. Juni in einer kleineren Eruption gipfelte und Asche über die Umgebung spuckte – nennenswerte Schäden blieben jedoch aus. Dennoch gehört der Vulkan zu den gefährlichsten seiner Art: Schon ein Ausbruch mittlerer Stärke könnte die Eiskappe des Bergs wieder destabilisieren und erneut tödliche Lahare talwärts senden. Wenn nur ein Zehntel des Eises schmilzt, kalkulierten Geologen um Christian Huggel von der Universität Zürich vor wenigen Jahren [1], könnten schon 200 Millionen Kubikmeter Schlamm, Wasser und Geröll in Bewegung gesetzt werden – in etwa die Masse, die einst Armero unter sich begrub.

Lahar unterhalb des Nevado del Ruiz
  Lahar unterhalb des Nevado del Ruiz
Bei einem verheerenden Ausbruch des kolumbianischen Vulkans starben 1985 mehr als 25 000 Menschen – die meisten durch Schlammfluten (so genannte Lahare), die mehrere Städte und Dörfer auslöschten.

Es beruhigt auch wenig, dass die Gletscherfläche auf dem Vulkan in den letzten drei Jahrzehnten wegen des Klimawandels beträchtlich zurückgegangen ist – im Gegenteil: Der Schwund könnte das Risiko für verheerende Ausbrüche sogar noch gesteigert haben, befürchten Geowissenschaftler wie Bill McGuire vom University College in London, der vergangenes Jahr ein Buch zum Thema veröffentlicht hat [2]: "Der Klimawandel ist eine Tatsache. Dass geologische Katastrophen ein Teil davon werden können, hatten wir nicht bedacht", mahnte er 2009 auf einer Konferenz zum Thema in London.

Vice versa

Lange galt nur als gesichert, dass Vulkanausbrüche das Klima beeinflussen: Durch den Ausstoß von Asche und vor allem von schwefelhaltigen Partikeln, die sich am Himmel wie ein Schleier um den Planeten legen, blockieren sie die Sonneneinstrahlung und kühlen so die Erde ab. Als 1991 der philippinische Vulkan Pinatubo explodierte und seine Schwefelfracht in der Atmosphäre ablud, lagen die globalen Durchschnittstemperaturen in den Folgemonaten wegen des Sonnenschirmeffekts um 0,5 Grad Celsius niedriger als im langjährigen Mittel.

Doch die Belege mehren sich, dass umgekehrt auch die Erderwärmung die tektonische Aktivität ankurbeln kann. "Wir haben anhand von Aschelagen im Meeresboden vor der mittelamerikanischen Pazifikküste die Geschichte der Vulkanausbrüche dort für die letzten 460 000 Jahre rekonstruiert", erklärt der Vulkanologe Steffen Kutterolf vom GEOMAR in Kiel [3]. "Beim Vergleich mit der Klimageschichte ergab sich dann eine verblüffende Übereinstimmung: Phasen hoher vulkanischer Aktivität folgten jeweils mit leichter Verzögerung auf schnelle, weltweite Temperaturanstiege und damit verbundene schnelle Eisschmelzen." Kurz: Warmzeiten heizen auch Vulkanen ein. Als die Forscher ihr Ergebnis auf eine breitere Basis stellten und Bohrkerne aus dem gesamten zirkumpazifischen Raum und der letzten Million Jahre verglichen, bestätigte sich das Bild, so Marion Jegen, ebenfalls vom GEOMAR: "Überall fanden wir das gleiche Muster." Erstmals habe man damit zeigen können, dass dies ein globaler Effekt gewesen sei, so die Geophysikerin – und nicht nur regional begrenzt, wie bisherige Studien nahelegten.

Eyjafjallajökull
  Der Eyjafjallajökull spuckt Feuer
Als der Eyjafjallajökull 2010 zum Leben erwachte, legte er tagelang den Flugverkehr über Europa lahm: Die Aschewolken schwebten über den Nordatlantik bis nach Deutschland und Frankreich. Das Klima beeinflussten sie aber kaum.

Natürlich nehmen nicht die steigenden Temperaturen selbst Einfluss auf die Geodynamik; sie lösen aber entscheidende Gewichtsverschiebungen auf dem Erdball aus, wie Computersimulationen von Jegen und anderen Forschern andeuten. "In Zeiten der Klimaerwärmung schmelzen die Gletscher auf den Kontinenten rasch dahin, wodurch der Meeresspiegel steigt. In der Folge reduziert sich das Gewicht, das auf den Kontinenten lastet, in kurzer Zeit, während es auf den ozeanischen Erdplatten wächst. Die Spannungen im Erdinneren steigen, und in der Erdkruste öffnen sich mehr Wege, in denen Magma aufsteigen kann", erklärt Jegen.

Druck aus dem Kessel

Einen Zusammenhang zwischen dem Eiszeitende und regeren Vulkanen konnten auch John Maclennan von der University of Cambridge und seine Kollegen nachweisen [4]: Vor 12 000 Jahren brachen die verschiedenen isländischen Feuerberge verglichen mit der Zeit davor und mit der jüngeren Vergangenheit um bis zu 100-mal häufiger aus – parallel zum gleichzeitigen Rückzug der Gletscher, die damals den größten Teil der Insel bedeckten, sich heute aber auf wenige Gebiete wie den Vatnajökull zurückgezogen haben und nur noch ein Zehntel der Landesfläche einnehmen. 2000 Jahre nach dem Ende der großflächigen Entgletscherung erreichte die vulkanische Aktivität ihren Höhepunkt und flachte anschließend ab.

Was war passiert? Während der Vergletscherung – die bis zu zwei Kilometer mächtig sein konnte – lagerte ein immenses Gewicht auf Island, das starken Druck auf den Untergrund ausübte. Dieser wiederum presste die Gesteinsschmelze in den Magmakammern der Vulkane zusammen und unterdrückte so Eruptionen. Als das Eis taute, verschwand dieses Widerlager: Island hob sich dadurch teilweise um mehrere hundert Meter, das Magma konnte sich ausdehnen und weiteres Gestein aufschmelzen. Gleichzeitig öffneten sich neue Risse und Brüche in der Erdkruste, durch die das Magma aufsteigen konnte – angetrieben auch von Gasblasen, die vorher ebenfalls vom hohen Druck im Zaum gehalten worden waren und nun ausperlten wie das Kohlendioxid aus einer Sektflasche: Die Feuerberge "sprudelten" quasi über. Erst als sich ein neues Druckgleichgewicht aufgebaut hatte, beruhigte sich die Situation wieder. Der Klimawandel wirkte sich hier im Nordatlantik rasch auf die Geotektonik aus.

Der Vulkan Nevado del Huila in Kolumbien
  Nevado del Huila
Zahlreiche Vulkane in den Anden, wie hier der Nevado del Huila in Kolumbien, tragen eine Gletscherhaube. Diese zieht sich in vielen Fällen wegen der Erderwärmung zurück, und das könnte Ausbrüche wahrscheinlicher machen. Gleichzeitig ist wegen des restlichen Eises die Gefahr von Schlammlawinen noch nicht gebannt.

In den Anden, wo neben dem Nevado del Ruiz noch viele weitere Vulkane Gletscherkappen tragen, stelle sich die Situation dagegen ein wenig anders dar, schließt Sebastian Watt von der University of Southampton aus seinen eigenen Arbeiten in Chile: Auch hier regten sich die Vulkane in der Vergangenheit in Warmphasen verstärkt, nachdem sich ihre eisige Mütze verkleinert hatte oder ganz verschwunden war. Da die Magmenkammern hier aber vielfach fünf Kilometer und mehr unter der Oberfläche liegen – und damit tiefer als auf Island –, könne es in den Anden etwas länger gedauert haben.

Vorsicht sei dennoch geboten, warnt sein Kollege Hugh Tuffen von der Lancaster University gegenüber "Nature": "Wenn dickes Eis dünner wird, nimmt die Heftigkeit der Ausbrüche zu." Das gelte zum Beispiel für viele Vulkane auf Island, die vor allem basaltische Lava fördern, welche nur unter dem Einfluss von Wasserzufuhr explosiv werde, wie der Edinburgher Vulkanologe John Stevenson in seinem Blog ausführt: "Der Siedepunkt von Wasser liegt deutlich unter dem des Magmas von 800 bis 1000 Grad Celsius, und wenn Wasser bei normalem Luftdruck verdampft, nimmt sein Volumen ungefähr um das 1000-Fache zu. Dadurch kann es zu einer schlagartigen Expansion kommen, die das Magma zu Bims und Asche zerreißt und herausschleudert." Aus eigentlich harmlosen Vulkanen können so rasch hochgefährliche werden – unabhängig von der Gefahr durch Lahare.

Was bringt die nähere Zukunft?

Weltweit verstecken sich zahlreiche Feuerberge unter Eis – nicht nur auf Island: Auch in der Antarktis und womöglich auf Grönland existieren Vulkane, die durch die fortgesetzte Gletscherschmelze zum Leben erwachen könnten. Eine größere Gefahr für Menschen bedeuten allerdings Vulkane wie die ecuadorianischen Cotopaxi und Chimborazo oder der Nevado de Tolima in Kolumbien. Sie alle liegen in der Nähe großer Städte und könnten diese empfindlich treffen.

Doch auch wenn die Gletscherschmelze hier und dort die vulkanische Aktivität erhöht, ein globales Feuerwerk wie direkt nach einer großen Eiszeit stehe zumindest mittelfristig nicht an, schätzt Marion Jegen: "Wir sprechen hier von geologischen Zeitmaßstäben von mehreren tausend Jahren und vor allem von sehr viel stärkeren Meeresspiegelanstiegen." Zu Beginn der momentanen Warmzeit stiegen die globalen Pegel um Dutzende bis über 100 Meter an, dagegen gehen selbst pessimistische Schätzungen bis zum Ende des Jahrhunderts "nur" von einem Zuwachs um maximal zwei Meter aus; in den nächsten 300 Jahren könnten es zumindest nach momentanen Schätzungen bis zu fünf Meter werden. Das ist zu wenig, um die extremen, für das von Jegen und Co beobachtete Vulkanismusplus nötigen Gewichtsverschiebungen auszulösen.

Zudem müssten die Eruptionen ihre Fracht bis in die Stratosphäre tragen: Nur dort wirken sie länger als Sonnenschirm. Doch das betrifft überwiegend Vulkane in den Tropen. Ausbrüche wie die des Eyjafjallajökull oder des Grímsvötn auf Island in den letzten Jahren haben dagegen keine längerfristige Klimawirkung.

So lösen sich auch womöglich gehegte Hoffnungen auf, dass die Vulkane der momentanen Erderwärmung durch ihre Emissionen entgegenwirken: Bis sie wirken, sind die Temperaturen längst stark gestiegen und damit die erwarteten Folgen eingetreten. Man könne bislang nur wenige Aussagen dazu treffen, ob der verstärkte Vulkanismus überhaupt auch wieder eine Abkühlung bewirkt habe, meint Jegen. Ihr Kollege Steffen Kutterolf bestätigt das: "Wenn man den natürlichen Klimazyklen folgt, befinden wir uns aktuell eigentlich am Ende einer Warmphase. Deshalb ist es vulkanisch ruhiger. Wie sich die von Menschen verursachte Erwärmung auswirken wird, kann man beim derzeitigen Forschungsstand noch überhaupt nicht absehen."

© Spektrum.de
Ausbruch des Eyjafjallajökull

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