Dichte Dampfschwaden hüllen das Loch in der Erde meist ein, aus dem flimmernd heiße Gase in die Luft über der Weißen Insel oder "White Island" schießen, die 48 Kilometer nordöstlich von der Nordinsel Neuseelands liegt. Knallgelb färbt Schwefel die Ablagerungen neben dieser Fumarole. Als der Geruch nach faulen Eiern wieder einmal kräftig in die Nase sticht, ziehen die Besucher hastig die Atemschutzmaske vors Gesicht. Vermutlich entsteht in diesem gefühlten Vorhof der Hölle gerade ein neuer Vulkankrater, grübeln die Vulkanologen vom neuseeländischen Geoforschungszentrum GNS. Nur ein paar Meter weiter brodeln Dampfschwaden aus dem Hauptkrater, verhüllen den 50 Meter tiefen Kratersee auf seinem Grund. Dieser ist natürlich kein idyllisches Badegewässer, sondern eine milchig grüne und 60 Grad heiße Säurebrühe. Wie Ameisen wirkt die kleine Gruppe von Vulkanwanderern vor diesen mächtigen Dampfschwaden. "Ameisen", die noch schnell ein paar Erinnerungsfotos mit oder manchmal auch ohne Atemschutzmaske inmitten des dampfenden und nach faulen Eiern stinkenden Infernos schießen.

White Island ist wohl eine der am häufigsten besuchten aktiven Vulkaninseln der Welt. Das brodelnde Eiland liegt am nördlichen Ende der Taupo-Zone, durch die sich eine 350 Kilometer lange Kette spektakulärer Vulkane, heißer Quellen und einiger Geysire quer durch die Nordinsel Neuseelands zieht. Kaum einer der Besucher ahnt, dass sich dieses heiße Spektakel von White Island aus mit rund 80 weiteren aktiven Vulkanen noch einmal 2500 Kilometer weit nach Nordosten fortsetzt. Denn die meisten dieser Eruptionen finden tief unter den Wellen des Pazifiks statt. Nur an wenigen Stellen ragen die Spitzen der Vulkane bei den Kermadec-Inseln fast 1000 und den Tonga-Inseln rund 2000 Kilometer nordöstlich von Neuseeland ein paar hundert oder allenfalls 1000 Meter über dem Meeresspiegel auf.

Feuerzone im Pazifik: White Island
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White Island vor der Küste ist der nördlichste einer Kette aktiver Vulkane auf der Nordinsel Neuseelands, die sich unter Wasser von hier noch 2500 Kilometer nach Nordosten fortsetzt. Zwei kleine Ausbrüche gab es im August und Oktober 2013, das Bild entstand in den Wochen dazwischen.

Insgesamt erstreckt sich so eine beinahe 3000 Kilometer lange Vulkanzone von den Tongariro-Vulkanen mitten in der Nordinsel Neuseelands bis kurz vor den Samoa-Inseln der Südsee. Hinter den häufigen Eruptionen auf White Island oder einem der Unterwasservulkane, die klangvolle Namen wie Rumble III oder Rumble V tragen, steckt jeweils der gleiche Prozess tief im Erdinneren: Dort stößt eine gigantische Platte, die auf tieferen Schichten des Erdinneren gleitet und auf ihrem Rücken große Teile des Pazifiks trägt, mit einer anderen Erdplatte zusammen, die neben Australien und Neuseeland auch Teile des südwestlichen Pazifiks beherbergt. Da es auf dem Globus sieben große und eine Reihe kleinerer solcher Platten gibt, sind solche Kollisionen zwar nicht ungewöhnlich. "Nirgendwo sonst aber stoßen zwei Platten mit einer so hohen Geschwindigkeit zusammen, die in der Nähe der Tonga-Inseln 24 Zentimeter im Jahr beträgt", erklärt GNS-Geowissenschaftler Cornel de Ronde.

Die Ursache des Feuergürtels: Kollision von Kontinentalplatten

In anderen Regionen ist das Tempo niedriger. Überall aber ähnelt die Kollision dem Zusammenprall zweier Dampfwalzen in Zeitlupe, von denen jede die Größe eines Ozeans oder eines Kontinents hat. Allerdings prallt die pazifische Platte nicht frontal auf die australische, sondern taucht schräg unter diese ab. Im Lauf der Jahrmillionen hebt so ihre langsam in die Tiefe gleitende gigantische Masse die australische Platte viele hundert Meter in die Höhe. Dabei tauchte nicht nur der eigentlich schon in den Fluten versunkene Norden Neuseelands wieder aus den Wellen auf. Noch einmal 2000 Kilometer weiter im Norden wurde auch die dort tief unter Wasser liegende australische Platte so weit in die Höhe gestemmt, dass sich eine Reihe von flachen Korallen-Atollen bilden konnten, die Geografen als Tonga-Inseln kennen.

Gleichzeitig gleitet die pazifische Platte schräg immer tiefer in das Erdinnere hinein. An der Kollisionsstelle mit der australischen Platte entsteht dabei ein Graben im Meer, dessen Grund im "Witjas-Tief 2" 10 882 Meter unter dem Spiegel des Pazifiks liegt. Nur an einer einzigen Stelle der Welt geht es unter Wasser noch ein paar Meter weiter in die Tiefe. Insgesamt ist dieser Kermadec-Tonga-Graben rund 2500 Kilometer lang. Dahinter taucht die pazifische Platte langsam tiefer unter die australische. Das aber klappt bei Weitem nicht immer reibungslos. Mehr als einmal verhaken sich die beiden Platten an der Grenze ineinander. In Jahrzehnten oder Jahrhunderten baut sich an diesen Haken so viel Spannung auf, dass sie irgendwann abreißen. Schlagartig holen die Platten dann die durch solche Haken verhinderte Bewegung nach und schnellen in einigen Sekunden viele Meter weiter. Die GNS-Forscher registrieren einen solchen gigantischen Ruck als Seebeben. Die aber können gewaltige Tsunamis auslösen, deren Wellen die Küsten der Inseln im Südpazifik und der Kontinente am Rand des Ozeans verwüsten können.

Vorübergehend mögen die Haken das schräge Abwärtsgleiten aufhalten. Langfristig aber geht es mit der pazifischen Platte immer weiter nach unten. Dort steigt mit jedem weiteren Kilometer der Druck und presst Wasser aus der absinkenden Platte in die darüberliegende. Diese beginnt dadurch langsam zu schmelzen. Jeder Liter dieses zähflüssigen Gesteins ist ein klein wenig leichter als das gleiche Volumen festen Gesteins und beginnt daher langsam in die Höhe zu steigen. "Magma" nennen Geologen diese rot glühende Masse, die schließlich oben ankommt und dort nicht nur heiße Quellen, sondern auch Unterseevulkane wie den Brothers-Vulkan 400 Kilometer nordöstlich der Weißen Insel oder White Island füttert.

Geysire und Vulkane am Meeresboden

An seiner Basis gleicht dieser Brothers-Vulkan einem Oval, das 13 Kilometer lang und acht Kilometer breit und damit dreimal größer als White Island ist. Die Magmakammer dieses Unterwasservulkans ist längst eingestürzt. Am Gipfel des Vulkans ist daher ein Krater mit 300 bis 500 Meter hohen Wänden und drei Kilometer Durchmesser entstanden, dessen Grund 1850 Meter unter dem Wasserspiegel liegt. Am Rand dieser "Caldera" sickert Meerwasser in den Untergrund, wird in der Tiefe von der Hitze des Magmas auf mehrere hundert Grad aufgeheizt und schießt später als heiße Quelle aus dem Meeresboden.

Schwarzer Raucher am Brothers-Vulkan
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275 Grad Celsius heiße Flüssigkeiten steigen aus diesem kleinen Schwarzen Raucher am Unterwasservulkan Brothers im Kermadec-Bogen im Südpazifik auf.

In dieser heißen Brühe haben sich jede Menge Mineralien gelöst, die bei Kontakt mit dem in der Tiefe gerade einmal zwei Grad kalten Meerwasser als schwarze Eisen- oder Kupfersulfide wieder ausfallen. Aus einem solchen "Schwarzen Raucher" quillt daher eine dunkle Wolke aus solchen Verbindungen auf, die in der Umgebung langsam auf den Meeresboden rieseln. Ist die Quelle weniger heiß, fallen dagegen oft weiße Silizium-, Barium- und Kalziumverbindungen aus, die als brodelnde weiße Wolke über dem Meeresgrund stehen.

Flüssiger Schwefel im Ozean

Diese Eruptionen enthalten auch große Mengen Schwefelverbindungen, die mit dem Meerwasser reagieren. Dabei entsteht unter anderem elementarer Schwefel, der bei einigen hundert Grad hohen Temperaturen flüssig bleibt. "Dabei ist 450 Meter unter dem Meeresspiegel in einem Vulkankrater ein 40 Meter tiefer See aus flüssigem Schwefel entstanden", beschreibt Cornel de Ronde eine Entdeckung, die eher an die fantastische Welt eines Sciencefiction-Romans als an die Realität unter den Wellen des Pazifiks erinnert.

Dieser Unterwasservulkanismus ist mindestens genauso spektakulär wie White Island, sein Pendant über dem Meeresspiegel. Allerdings lassen sich Vulkane wie Brothers oder Rumble normalerweise nicht direkt beobachten. Seit dem Jahr 2000 untersucht GNS-Forscher Cornel de Ronde die südliche Hälfte dieser Vulkanzone, den nach den gleichnamigen Inseln benannten Kermadec-Bogen, und stützt seine Forschung auf eine Reihe von Hightech-Geräten.

Aus den vom Untergrund reflektierten Schallwellen eines Echolots zeichnen die Forscher zunächst einmal eine sehr genaue Karte des Meeresbodens, die noch Details mit einer Länge von 25 Metern zeigt. Mit dieser Methode erhält Cornel de Ronde zum Beispiel die Strukturen der Caldera des Brothers-Vulkans. Die neuseeländischen Forschungsschiffe schleppen oft auch ein Magnetometer hinter sich her, das sehr genau das Magnetfeld der Erde aufzeichnet. Da jede Struktur im Untergrund ein typisches magnetisches Signal hat, gewinnen die Forscher so Karten mit den verschiedenen Mineralien im Untergrund. Messen die Geräte, die auch in einen unbemannten Tauchroboter eingebaut sein können, dagegen gar kein Magnetfeld, strömt in diesen Regionen meist heißes Wasser aus dem Untergrund – das Magnetometer kann also die Lage der Schwarzen und Weißen Raucher bestimmen.

Bakteriensammeln am Unterwasservulkan
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Die Geräte der GNS-Forscher sammeln an den Eisen-Silizium-Schloten des Unterwasservulkans Healy im Kermadec-Bogen im Südpazifik Proben der dort lebenden Bakterien.

Ein weiteres Gerät misst, wie gut das Wasser elektrischen Strom leitet. Da diese Leitfähigkeit vom Salzgehalt und der Temperatur des Wassers abhängt, können die Forscher so herausfinden, wo das Wasser heißt oder kalt ist. Eine hochauflösende Kamera liefert aus drei bis vier Metern Höhe Aufnahmen vom Meeresgrund.

Obendrein holen die Forscher mit Greifschaufeln Proben vom Meeresgrund, in denen sie Schlamm, Mineralien und eine Reihe von Meerestieren entdecken. Finden sie zum Beispiel das sehr schwere Eisenmineral Ferrit, stammt dieses sehr wahrscheinlich aus einer heißen Quelle in der Nähe. Begeistert zeigt Cornel de Ronde vor allem einen schweren, schwarzen Brocken, der sich aus Kupfer, Eisen und Schwefel zusammensetzt und ein Kupfer-Eisen-Sulfid bildet. "Dieses Chalkopyrit deutet auf reichlich Kupfererz hin", erklärt der GNS-Forscher. Solche Mineralien werden durch heiße Flüssigkeiten aus dem Gestein der Umgebung gewaschen, schmelzen bei bestimmten Temperaturen und steigen dann als sehr konzentrierte Lösungen auf. Sinkt die Temperatur in höheren Schichten wieder unter einen bestimmten kritischen Wert, fallen Kupfererze und Gold aus und lagern sich im Inneren der Vulkane ab. "Dort entstehen also Lagerstätten, die im Kermadec-Bogen viele Millionen Tonnen Gold- und Kupfererze enthalten. Sind diese Vulkane erloschen, können wir die Erze in Minen unter dem Meeresgrund ausbeuten, ohne dabei das Meeresleben allzu sehr zu stören", hofft Cornel de Ronde.

Erzlager und Tiefseeoase des Lebens

In der Tiefe des Pazifiks nähren die Schwarzen und Weißen Raucher des Kermadec-Tonga-Bogens nämlich auch eine eigene Unterwasserwelt. Etliche Organismen holen dort ihre Lebensenergie aus Verbindungen wie Methan, Schwefelwasserstoff und Sulfaten, die aus der Tiefe aufquellen. Fahren die Kameras in den automatischen Unterwasserrobotern der GNS-Forscher in drei oder vier Metern über dem Grund dieser Vulkanzone, zeigen die Bilder oft Arten, die es vermutlich nirgendwo sonst auf der Erde gibt. Mit ihren Greifschaufeln und anderen Geräten holen die Biologen dann extrem viele Mikroorganismen, aber auch Krabben, Schwämme, Goldkorallen, Seelilien, Entenmuscheln und Garnelen auf das Deck der Forschungsschiffe. In der ewigen Dunkelheit der Tiefsee können diese Organismen ihre Nahrung nicht sehen, dafür aber riechen und tasten. Schlangensterne sitzen dann zum Beispiel auf Korallen oder Seelilien und fischen völlig ohne Augen mit langen Armen Nahrhaftes aus dem Wasser. Die Rochen und Aale der Tiefsee scheinen Aasfresser zu sein, die tote Organismen verschlingen.

Schwefelspuckende Fumarole
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Schwefelverbindungen färben diese Fumarole im aktiven Vulkan White Island gelb. Am Anfang des 20. Jahrhunderts wurde vor Ort an der Küste Neuseelands auch noch Schwefel abgebaut. Heute überlegen Forscher, die Erze aus den im nordwärts anschließenden Ozean benachbarten Unterwasservulkanen zu gewinnen.

Dieses überquellende Meeresleben hofft Cornel de Ronde kaum zu stören, wenn die Ingenieure Kupfer- und Goldminen unter dem Meeresgrund in erloschenen Vulkanen anlegen. Allerdings existieren solche Unterwasserminen, die auch Blei, Zink und Silber sowie die für die moderne Elektronik interessanten Elemente Indium und Germanium liefern könnten, bisher noch nicht einmal auf dem Papier. Stefanie Kaiser vom Forschungsinstitut Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven befürchtet daher, dass dieser Unterwasser-Bergbau einen Teil des Ökosystems zerstören könnte: "Während aktive Vulkangebiete sehr dynamisch sind, könnten die erloschenen Regionen, in denen die Lagerstätten ja vorwiegend abgebaut werden sollen, vermutlich nur langsam wieder von den Lebewesen dort unten besiedelt werden", vermutet die Meeresbiologin. Ohnehin untersuchen verschiedene Forscher zurzeit gerade die Umwelt, die Lebensbedingungen und die Verwandtschaftsverhältnisse der Organismen in solchen Regionen. "Erst wenn wir diese Lebensräume besser kennen, können wir auch beurteilen, ob sie überhaupt wieder besiedelt werden, wenn sie erst einmal zerstört sind", erklärt Senckenberg-Forscherin Kaiser.

Zwar wird das Leben vermutlich zunächst einmal nur dort beeinträchtigt oder zerstört, wo wirklich Arbeiten an den Lagerstätten stattfinden. Das sind unter Umständen nur ein paar hundert Meter bis wenige Kilometer große Gebiete. Bei diesen Arbeiten aber wird der Meeresgrund auch aufgewirbelt, und niemand weiß bisher, wie weit sich solche Unterwasser-Staubfahnen ausbreiten und welche Gifte sie im Meer verteilen können. Dazu gehören zum Beispiel Schwermetalle, mit denen die Organismen in den aktiven Gebieten zwar gut zurechtkommen, nicht aber die Lebewesen in anderen Regionen. Daher lässt sich auch kaum abschätzen, wie die Organismen am Meeresboden und im Wasser darüber auf diesen Bergbau reagieren werden. Bevor die wertvollen Bodenschätze am Grund des Pazifiks im Tonga-Kermadec-Bogen also abgebaut werden können, müssten die Auswirkungen solcher Bergwerke in der Tiefsee erst einmal genau untersucht werden. Neuseeland hat daher ein eigenes Forschungsprogramm, das "Kermadec Minerals Program", ins Leben gerufen. Dort analysieren Biologen, Geologen und auch Naturschutz- und Umweltverbände solche Einflüsse auf das Leben und suchen Wege, die ökologische Vielfalt tief unter den Wellen des Pazifiks zu erhalten.