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INTERVIEW/180: Der Blick aus dem All - Vulkanaschewanderung ...    Prof. Matthias Hort im Gespräch (SB)


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Pressegespräch mit dem ESA-Astronauten Dr. Alexander Gerst, seinem ehemaligen Doktorvater Prof. Matthias Hort und dem ESA-Sprecher Bernhard L. von Weyhe am 8. Mai 2015 im Deutschen Klimarechenzentrum der Universität Hamburg

Prof. Matthias Hort über gefährliche Aschewolken, die Bedeutung von Vulkanen für das Klimasystem und den Unterschied zwischen Vulkanismus in den Tropen und polaren Breiten


Am 20. März 2010 begann sich der isländische Vulkan Eyjafjallajökull zu regen, monatelang sollte er nicht mehr zur Ruhe kommen. Auf einer Strecke von 500 Metern kam es zu zahlreichen Lavaausflüssen, und die Aschewolken stiegen mehrere Kilometer auf, wo sie vom Wind erfaßt und bis über Europa verdriftet wurden. Wegen der Gefahr von Vulkanasche für den Flugverkehr wurde dieser eingestellt; eine Reihe von Flughäfen in Nord- und Mitteleuropa blieb tagelang geschlossen.


Satellitenaufnahme des partiell von hellen Wolken bedeckten Islands und braune, säulenartige Vulkanaschewolke - Foto: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA

Aschewolke des Vulkans Eyjafjallajökull an der Südspitze Islands am 17. April 2010. Die Wolke dünnt nach oben hin aus und wird vom Wind nach Osten in Richtung Europa getrieben.
Foto: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA


Satellitenaufnahme von Zentraleuropa - Foto: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA

Aschewolke des Vulkans Eyjafjallajökull über Deutschland, erkennbar an den braunen Einfärbungen in der Wolkendecke. 16. April 2010.
Foto: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA

"Die erdbeobachtenden Satelliten sind für die geowissenschaftliche Forschung enorm wichtig und werden immer wichtiger", sagte - auch und gerade mit Blick auf diese Vorfälle - der Vulkanologe Prof. Matthias Hort vom Institut für Geophysik der Universität Hamburg am 8. Mai 2015 auf einer Pressekonferenz im Deutschen Klimarechenzentrum in Hamburg. Anlaß des Gesprächs mit den Medienvertretern war eine für den Nachmittag desselben Tages anberaumte, öffentliche Veranstaltung im Audimax der Universität Hamburg mit seinem ehemaligen Promotionsstudenten Alexander Gerst. Der hatte als Astronaut der Europäischen Raumfahrtagentur ESA vom 28. Mai bis 10. November 2014 auf der Internationalen Raumstation ISS gelebt und gearbeitet und sollte nun über seine Mission "Blue Dot" berichten. [1]

Von der ISS aus konnte Gerst Fotos von Vulkanaschewolken schießen, die wichtige Daten für ein neues Verfahren zur Bestimmung der Höhe von Aschewolken lieferten, erklärte Hort. Da der Wind je nach Höhenlage in verschiedene Richtungen wehen könne, sei die Methode wichtig, um volkswirtschaftliche Schäden, wie sie beispielsweise durch den Ausbruch des Eyjafjallajökull entstanden sind, so klein wie möglich zu halten. Täglich wiesen die Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC) fünf bis zehn Zonen aus, in denen aufgrund von Vulkanasche kein Flugzeug durchfliegen dürfe. Davon erfahre die Öffentlichkeit deshalb nichts, weil das in entlegenen Regionen stattfände und die Flugzeuge ihren Kurs einfach um die Gebiete herumlegen könnten. Europa weise jedoch eine ungeheure Dichte an Flughäfen auf, da falle eine Sperrung des Luftraums viel mehr ins Gewicht.

Ein weiterer Nutzen der satellitengestützten Vulkanbeobachtung besteht darin, daß mit Hilfe spezieller Verfahren registriert wird, wie sich ein Vulkan vor seinem Ausbruch um mehrere Zentimeter ausdehnt. Dadurch können die Anwohner vorgewarnt und gegebenenfalls vorsorglich evakuiert werden. Relativ neu ist die Entdeckung eines Feedbackmechanismus' zwischen einer Vulkaneruption und dem Eintrag der vulkanischen Asche ins Meer. Dadurch wird das Planktonwachstum angeregt, was dazu führt, daß der CO2-Gehalt der Atmosphäre leicht absinkt.

Am Beispiel des Lavaausflusses am Stromboli in Italien haben die Vulkanforscher zum Zeitpunkt des Überflugs eines Satelliten, der Aufnahmen im Infrarotbereich gemacht hat, vom Schiff aus ebenfalls Messungen vorgenommen: "Nachts um halb elf sind wir dann mit dem Schiff um den Stromboli herumgefahren und haben von der Seeseite den Lavafluß mit zwei Infrarotkameras beobachtet, exakt zu der Zeit, wo wir wußten, der Satellit macht gerade diese Aufnahme aus dem Weltraum."

Durch den Abgleich der Messungen erhielten die Forscher Referenzdaten für die künftige Auswertung von Satellitenbildern. Das sei deshalb wichtig gewesen, berichtete Hort, weil ein Lavafluß üblicherweise eine Breite von bis zu zehn Metern besitzt, die Satellitenaufnahmen aber eine Pixelgröße von vielleicht 300 Metern aufweisen und folglich so kleine Strukturen nicht abbilden. Nur so erhalte man Verfahren, um aus Satellitendaten sicher ableiten zu können, wieviel Magma da herausgeflossen ist.

Vorher habe ihm Alex ein Bild aus dem Weltraum geschickt und gesagt, daß man darauf eine Eruption des Stromboli erkennen könne. "Das war etwas ganz Besonderes, denn normalerweise sieht man Stromboli im Infraroten ganz, ganz selten, da muß man wirklich Glück haben, weil die Eruptionen sehr kurz sind. Aber da kam seit Jahren das erste Mal wieder ein Lavafluß den Berg herunter, und den sah man tatsächlich, wie Alex mir gesagt hat, mit bloßem Auge aus dem Weltraum." Diese Kombination von Beobachtungen aus dem All und vom Boden aus sei für ihre Arbeit ideal gewesen, sagte Hort, und man merkte ihm noch heute an, wie sehr er sich über diesen Glückstreffer gefreut hat.

Im Anschluß an das Pressegespräch stellte er sich dem Schattenblick für einige Fragen zur Verfügung.


Portrait Prof. Hort - Foto: © 2015 by Schattenblick

"Wenn Sie vorhersagen wollen, wo sich die Vulkanaschewolke befindet, um letztendlich volkswirtschaftlichen Schaden abzuwenden, dann müssen Sie Verfahren haben, mit denen Sie so etwas bestimmen können."
(Prof. Matthias Hort, 8. Mai 2015, Hamburg)
Foto: © 2015 by Schattenblick

Schattenblick (SB): Am 25. April dieses Jahres brach in Chile überraschend der Vulkan Calbuco aus. Wissen Sie, wann es dazu die ersten Bilder aus dem All gab?

Prof. Matthias Hort (MH): Die ersten Fotos aus dem All müßten von dem ersten Wetterbeobachtungssatelliten gemacht worden sein, der diese Gegend beobachtet - vielleicht ein, zwei Stunden nach dem Ausbruch. Dieser müßte auf den Bildern gut zu sehen sein, es hat ja eine riesige Eruptionswolke gegeben. Ich hatte zunächst überlegt, ob ich Alex bitte, daß er wiederum seine Kollegin auf der ISS bittet, für uns einige Fotos von dem Ausbruch zu machen, aber ich habe das dann doch gelassen, weil es zu kompliziert geworden wäre.

SB: Inwiefern können die Behörden in Chile und dem ebenfalls betroffenen Argentinien solche Satellitenbilder nutzen - geht es da ausschließlich um Flugverbotszonen?

MH: Vulkanische Asche ist nicht nur für Flugzeuge schädlich, sondern auch für die Gesundheit von Menschen, wenn sie in größeren Mengen eingeatmet wird. Die größeren Aschepartikel würde man zwar wieder aushusten, aber wenn eine bestimmte Korngröße unterschritten wird, atmet man das ganz normal in die Lunge ein. Das ist letztendlich vergleichbar mit dem, was man früher aus Bergwerken kannte, und eine Silikose ausgelöst hat, die dann richtig schädlich für den menschlichen Körper ist.

Von daher ist es schon wichtig zu wissen, in welche Richtung so eine Aschewolke zieht und wo der Hauptfall der Asche stattfindet. Das kann man natürlich durch Beobachtungen am Boden feststellen, aber eben auch durch Beobachtungen aus dem Weltall. Und wenn man die Windrichtung kennt, kann man ungefähr vorhersagen, wohin diese Aschewolke verdriftet wird.

SB: Sie hatten vorhin beim Pressegespräch erklärt, daß das dann von den entsprechenden Höhenschichten abhängt?

MH: Genau, die Richtung des Windes ändert sich als Funktion der Höhe der Atmosphäre.

SB: Bisher beobachten die ESA-Satelliten zum Beispiel das Klima, das Eis an den Polen, das Schwerefeld und das Magnetfeld der Erde, aber der Vulkanismus war bisher anscheinend kein zentrales Thema. Ändert sich das jetzt mit dem Copernicus-Programm der ESA?

MH: Was das Copernicus-Programm im Detail enthalten wird, weiß ich nicht, aber wir haben uns schon an verschiedenen sogenannten Testplattformen der ESA beteiligt. Beispielsweise wurde der von mir vorhin erwähnte Vulkan Stromboli von einem Testsatelliten überflogen, der im Infraroten eine extrem hohe räumliche Auflösung besaß. Das ist für uns Geophysiker, die wir uns mit den thermischen Anomalien von Vulkanen beschäftigen, enorm wichtig.

Es besteht zwar ein großes Interesse an der Beobachtung der Erde in Hinblick auf Infrarotstrahlung, sobald es um die Detektion von Feuer geht. Dieses frühzeitig zu entdecken ist extrem wichtig. Nur besteht das Problem, daß der Wellenlängenbereich, in dem das dann beobachtet wird, nicht ganz so ideal ist, um vulkanische Eruptionen nachzuweisen. Von daher führt die Beobachtung von Vulkanen, was die Infrarot-Beobachtung betrifft, bisher eher ein bißchen ein Schattendasein. Aber wie wir heute gehört haben, wird das Bewußtsein dafür immer größer.


Von der Seite aufgenommener Lavafluß am Hang des Stromboli, rechts im Bild das Meer und der dämmrige Himmel - Foto: Unukorno, freigegeben als CC BY 3.0 [http://creativecommons.org/licenses/by/3.0] via Wikimedia Commons

Lavafluß am Stromboli, 19. September 2014
Foto: Unukorno, freigegeben als CC BY 3.0 [http://creativecommons.org/licenses/by/3.0] via Wikimedia Commons

SB: Der Ausbruch des philippinischen Vulkans Pinatubo 1991 hat so viele schwefelhaltigen Aerosole in die Atmosphäre geblasen, daß vermehrt Sonnenlicht reflektiert und in der Folge ungefähr für ein Jahr die globale Durchschnittstemperatur um 0,1 Grad abgesenkt wurde. Hat es erdgeschichtlich schon häufiger Zeiten mit erhöhtem Vulkanismus gegeben, der dann klimarelevant war?

MH: Ja, das hat es gegeben, zum Beispiel die Eruption des Vulkans Toba auf Sumatra vor rund 74.000 Jahren. Dabei wurde soviel Material in die Umlaufbahn gebracht, daß den Modellrechnungen zufolge die Temperatur um, je nach Einschätzung, sieben bis acht Grad abgesenkt wurde.

Als Vulkanologe stecke ich nicht so tief in der Klimaforschung, aber man kann sich das so vorstellen: Wenn Sie ein System haben, das labil ist und das Sie nur ganz leicht anstoßen, dann kann es sein, daß es entweder wieder in diesen halbstabilen Zustand zurückpendelt oder aber, wenn Sie es stärker anstoßen, völlig aus den Fugen gerät. Meinem Verständnis nach ist nach wie vor nicht geklärt, ob eine Vulkaneruption in der Lage wäre, das System dann tatsächlich zum Umkippen zu bewegen. Sicherlich würde das auch davon abhängen, in welchem Zustand sich dieses System befindet, wenn diese externe Kraft von außen darauf einwirkt. Man spricht dann im Klima von sogenannten Tipping points.

Für die Forschung wäre es wichtig, genau zu wissen, wo wir uns eigentlich mit dem ganzen Klimasystem befinden, und in diesem Zusammenhang ist ein Vulkan eine interessante Sache. Aber natürlich ist dann auch der Eintrag anderer Schadstoffe unheimlich wichtig, um herauszufinden, ob wir das System irgendwann einmal zum Umkippen bringen oder nicht.

SB: Gibt es erdgeschichtliche Zeiten mit unterschiedlich starkem Vulkanismus? Und wenn Schwankungen auftraten, weiß man, woran das gelegen hat?

MH: Generell ist es so, daß die Intensität des Vulkanismus im Laufe der Erdgeschichte abgenommen hat, weil die Wärme, die benötigt wird, um Vulkanismus zu betreiben, bzw. die Wärme, die ich brauche, um Plattentektonik anzutreiben, immer geringer wird. Deswegen wird das ganze immer langsamer. Generell muß es so gewesen sein, daß die vulkanische Aktivität beispielsweise vor einer Milliarde Jahre deutlich größer gewesen ist als heute. Man kann sich natürlich schon vorstellen, daß es aufgrund der Reorganisation der tektonischen Platten auf der Erde Phasen mit relativ viel und Phasen mit relativ wenig Vulkanismus gab. Der Schwerpunkt meiner Forschungen liegt jedoch weniger auf den Zyklen, die aufgetreten sind, sondern ich interessiere mich mehr für den explosiven, rezenten Vulkanismus. Alles, was vulkanische Aktivitäten von historischen oder noch älteren Eruptionen betrifft, wäre eher etwas, was von Geologen untersucht wird, die das dann zu rekonstruieren versuchen.

SB: Vor gut zehn Jahren setzte weltweit eine Phase vermehrter, besonders kräftiger Erdbeben ein. [2] Ist beim Vulkanismus etwas ähnliches zu beobachten? Gibt es eine Korrelation zwischen der Erdbebenheftigkeit und Vulkanismus?

MH: Ja, es ist inzwischen unbestritten, daß es eine gewisse Korrelation zwischen Erdbeben- und vulkanischer Aktivität gibt. Es kann aber auch umgekehrt sein, die Beziehung ist also wechselseitig. So hat man zum Beispiel beim Sumatrabeben 2004 an Vulkanen im weit entfernten Alaska in dem Moment einen erhöhten vulkanischen Tremor registriert, als die Oberflächenwellen dieses Bebens vorbeigelaufen sind. Das bedeutet, daß es eine Kopplung von seismischen Wellen, insbesondere den Oberflächenwellen, die um die Erde herumlaufen, und der Aktivierung in dem vulkanischen System geben muß. Wobei der exakte Mechanismus nach wie vor nicht ganz klar ist.

Es gibt noch eine weitere interessante Beobachtung: Nach einem Erdbeben 2006 in Indonesien in der Nähe von Yogyakarta hat man bei einem Vulkan innerhalb von Minuten einen Anstieg der Fumarolentemperatur von 50 bis 70 Grad beobachtet. Wahrscheinlich hängt so etwas damit zusammen, daß plötzlich ein hydrothermales System aktiviert wird, daß Wegsamkeiten in einem Vulkan geschaffen werden, die vorher nicht existierten.


Blick von oben in den Krater, Gase dringen an verschiedenen Stellen aus dem Untergrund hervor - Foto: Jimmy McIntyre - Editor HDR One Magazine, freigegeben als CC BY-SA 2.0 [http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/] via Wikimedia Commons

In der Nähe der Millionenstadt Yogyarkarta liegt der Merapi, einer der aktivsten und gefährlichsten Vulkane weltweit und unter ständiger Beobachtung der Behörden, 20. Dezember 2012.
Foto: Jimmy McIntyre - Editor HDR One Magazine, freigegeben als CC BY-SA 2.0 [http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/] via Wikimedia Commons

SB: Der Einfluß von Vulkanismus auf das Klima liegt auf der Hand. Wie ist es umgekehrt, übt das Klima Einfluß auf Vulkanismus aus? Verhält sich beispielsweise der Vulkanismus in den Tropen anders als in den polaren Breiten?

MH: Der Vulkanismus ist vielleicht nicht unbedingt ein anderer, der hängt von der tektonischen Situation ab, aber ganz entscheidend für die Klimawirksamkeit von Vulkanen ist der Eintrag der Asche durch die Tropopause hindurch in die Stratosphäre. Und die Troposphäre ist in den äquatorialen Breiten deutlich höher als in den polaren Breiten, was bedeutet, daß durch einen Vulkanausbruch in den polaren Breiten viel schneller Material in die Stratosphäre eingebracht werden kann als durch einen Vulkan in den tropischen Breiten. Im Winter befindet sich die Tropopause, das ist die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre, in den Polarregionen ungefähr in acht bis zehn Kilometern Höhe, in den Tropen kann sie bei 15 bis 17 Kilometer liegen. Das macht schon einen signifikanten Unterschied in Hinblick auf die Klimawirksamkeit von Vulkanausbrüchen.

SB: Herzlichen Dank für das Gespräch.


Fußnoten:


[1] Ein Bericht des Schattenblick zu der Veranstaltung und ein Interview mit Alexander Gerst unter:
INFOPOOL → UMWELT → REPORT

BERICHT/100: Der Blick aus dem All - ein Hauch Atmosphäre ... (SB)
http://schattenblick.com/infopool/umwelt/report/umrb0100.html

INTERVIEW/179: Der Blick aus dem All - lernen von anderen Planeten ...    ESA-Astronaut Dr. Alexander Gerst im Gespräch (SB)
http://schattenblick.com/infopool/umwelt/report/umri0179.html

[2] Von den weltweit 17 stärksten Erdbeben, die zwischen 1900 und 2013 auftraten, wurden allein sechs Beben zwischen den Jahren 2004 und 2012 registriert.
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/151030/umfrage/staerkste-erdbeben-weltweit-seit-1900/

15. Mai 2015


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