Die See brodelte, Asche und Dampf schossen in die Höhe und "rotierten wie ein horizontales Rad" über das Wasser. Am Rand der Wolke entluden sich stetig Blitze und hüllten sie in einen blinkenden Umhang, Wasserhosen zogen über das Meer. Ein unterseeischer Vulkan im Gebiet der Azoren war ausgebrochen und beeindruckte – vielleicht auch verängstigte – mit seinem Spektakel Besatzung wie Kapitän der britischen Fregatte "Sabrina", die gerade auf dem Weg nach São Miguel war, der Hauptinsel des Archipels.

Ausbruch von Sabrina
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Im Angesicht der Naturgewalten, die er am 12. Juni 1811 erblickte, verfasste Kommandeur S. Tillard einen Bericht, der bis heute wohl einmalig ist: Er scheint die einzige Aufzeichnung eines Vulkanausbruchs zu sein, in der gleichzeitig auf die Phänomene Blitz, rotierende Aschewolke und Wasserhosen hingewiesen wird. Nun hat er das Interesse von Geowissenschaftlern um Pinaki Chakraborty von der University of Illinois in Urbana-Champaign geweckt. Denn das vulkanische Schlechtwetter hat offenkundige, wenngleich bis heute übersehene, Parallelen zu einem anderen meteorologischen Extremereignis: Tornados – jene starken Luftwirbel, die staubsaugerartig alles in sich hochreißen, was auf ihrem Weg liegt, und immer wieder den Mittleren Westen der USA verwüsten.

Sie entstehen, wenn feuchtwarme Luftmassen rasch aufsteigen, kondensieren und Energie freisetzen. Starke Scherwinde in der Höhe reißen die Aufwinde mit, kippen und strecken sie, so dass ein Paar gegenläufiger, senkrechter Wirbel entsteht, wobei die zyklonal kreisende Strömung vom sich mit zunehmender Höhe drehenden Scherwindvektor einen zusätzlichen Impuls erhält. Am Ende entsteht ein schneller rotierender Luftwirbel: die Wind- oder Wasserhose.

Ausbruch des Pinatubo
© NASA
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Die Eruption des philippinischen Feuerbergs Pinatubo 1991 gehörte zu den stärksten des letzten Jahrhunderts.
Diese Faktoren wirken auch in den Eruptionswolken explosiver Vulkanausbrüche, wobei die auftretenden Kräfte um einiges stärker sind als in einem Tornado: Mit bis zu 600 Metern pro Sekunde schießen heiße Gase im Zentrum des Ausbruchs nach oben, an den Rändern erreichen sie immerhin noch ein Drittel dieser Geschwindigkeit. Verglichen dazu sind Tornados mit Aufstiegsgeschwindigkeiten der beteiligten Luftmassen von 10 Metern pro Sekunde lahme Enten. Windscherung zwischen der Rauchsäule und der umgebenden Atmosphäre sorgen für zusätzlichen Antrieb. Die gesamte Eruptionswolke rotiert um ihre eigene Achse, und es entsteht ein vulkanischer Mesozyklon, der robuster ist als sein Gegenstück in einer Gewitterzelle.

Gekrönt wird dieses Ungetüm aus festem Auswurfsmaterial und heißen Gasen von einem Schirm an einer atmosphärischen Grenzschicht, wo sich das aufsteigende Material seitlich ausbreitet, bevor es wieder absinkt und als Ascheregen über der Umgebung niedergeht. Er ist anfänglich kreisrund, beult jedoch im Lauf der Zeit immer stärker aus. Wie er seine Form während der Rotation verliert, konnten die Forscher durch weiteres, einmaliges Material nachvollziehen: Satellitenbilder vom massiven Ausbruch des phillippinischen Feuerbergs Pinatubo aus dem Jahr 1991, die den Ausbruch über mehrere Stunden hinweg dokumentieren.

Wasserhosen
© Thorarinsson, S. & Vonnegut, B. Bull. Am. Meteorol. Soc. 45, (1964)
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Die Aufnahmen zeigen, wie sich der Schirm um sein eigenes Zentrum dreht und nach einer Weile teilweise kollabiert, weil er an den Rändern auskühlt und damit dichter wird als die umgebende Luft. Gleichzeitig wirkt die Fliehkraft auf die drehenden Massen, und zusammen destabilisieren die beiden Faktoren das Gewölk: Aus Pinatubos anfänglich runder Krone wölben sich innerhalb von nur einer Stunde fünf große Lappen heraus – für Chakraborty und seine Kollegen ein sicheres Zeichen für einen Mesozyklon.

Andere Belege sind für die Wissenschaftler die Staubteufel und Wasserhosen sowie die Blitzlichtvorhänge, die im Umfeld der Eruption auftreten können: Auf- und Abwinde sowie die Rotation des Mesozyklons lösen die Minitornados aus, während die Entstehung der elektrischen Ladungen etwas komplexer ist. Ähnlich wie in Superzellen – riesigen, hochgradig organisierten Gewittern – steigen die feuchten Luftmassen im Zentrum einer Eruptionswolke zu schnell auf. Die Tröpfchen können sich kaum bilden, wachsen und durch Kollisionen miteinander aufladen. In diesem Kernbereich blitzt es folglich kaum: Es entwickelt sich ein so genanntes Blitzloch. Die Rotation schleudert die Tropfen jedoch aus diesem Bereich heraus und sammelt sie an dessen Rändern an, wo sich schließlich ein regelrechter Blitzvorhang entwickelt, wie die eindrucksvollen Bilder vom Ausbruch des chilenischen Vulkans Chaiten im Mai 2008 zeigen.

Apokalypse am Chaiten
© DPA / UPI / LANDOV, Carlos Gutierrez
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Ein spektakuläres Schauspiel konnte man im Mai 2008 am chilenischen Vulkan Chaiten betrachten: Blitzlichtvorhänge umrahmten die Aschewolken des Feuerbergs.
Damit das Vulkanwetter seinen Schrecken verliert, will Chakrabortys Team seine neuen Erkenntnisse nun in verbesserte Modelle einfließen lassen. Und 200 Jahre nach der Fahrt der "Sabrina" konnten die Forscher zudem Kapitän Tillard zumindest für die Wissenschaft rehabilitieren, denn damals schenkte man seinen Beobachtungen kaum Glauben: Vier Tage nach der Eruption hatte er an der noch dampfenden, neu aus dem Meer gewachsenen Insel angelegt, sie zu Ehren seines Schiffs ebenfalls Sabrina genannt und die Fahne des britischen Empires in den heißen Boden gerammt. Als wenige Monate später ein Abgesandter das zum Ruhme des Königreichs in Beschlag genommene Eiland besuchen wollte, war sie jedoch verschwunden: Das Meer hatte die Insel rasch wieder genommen.