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Gymnasium Oberhaching Kollegstufenjahrgang 2001/02 FACHARBEIT aus dem Fach Erdkunde Thema: Vulkanismus: Geografische Verteilung, Ausbrüche und der Umgang der Menschen mit den Feuerbergen Verfasser: Frank Spiegel Leistungskurs: Erdkunde Kursleiterin: Frau Seifert Abgabetermin: 01. Februar 2002 Erzielte Note: _______ in Worten: ____________ Erzielte Punkte: _______ in Worten: ____________ (einfache Wertung) Abgabe beim Kollegstufenbetreuer am __________ _______________________ (Unterschrift des Kursleiters) INHALT A. WAS SIND VULKANE? ................................................................................................. 3 B. GEOGRAFISCHE VERTEILUNG, AUSBRÜCHE UND DER UMGANG DER MENSCHEN MIT DEN FEUERBERGEN .................................................. 4 I. GEOGRAFISCHE VERTEILUNG VON VULKANEN.......................................4 1. Subduktionszonen........................................................................5 2. Mittelozeanische Rücken .............................................................5 3. Hot Spots .....................................................................................6 II. DOKUMENTATION AUSGEWÄHLTER VULKANAUSBRÜCHE ........................7 1. Ätna..............................................................................................8 2. Soufriere Hills .............................................................................11 III. VORHERSAGE UND FRÜHWARNSYSTEME.........................................15 1. Ausbruchmuster .........................................................................16 2. Vulkane als Forschungsobjekte .................................................16 3. Einsatz moderner Technik..........................................................18 IV. NUTZUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DIE MENSCHEN ..............................20 1. Ackerbau ....................................................................................20 2. Geothermische Energie..............................................................21 C. AKTUELL: AUSBRUCH DES NYIRAGONGO ................................................ 22 LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................. 24 -3- A. Was sind Vulkane? Jährlich ereignen sich über 50 Vulkanausbrüche auf der ganzen Welt, welche die Menschheit in Angst und Schrecken versetzen. Seit Menschengedenken gibt es Vulkanausbrüche, die sich durch Berichte aus den Mythologien verschiedener Kulturen zeigen lassen, wie z.B. bei den Griechen, Römern, Japanern und Hawaiianern. Damals sah man Vulkane als Gottheiten an, die aber auch Zerstörung über das Land brachten. Das Wort Vulkan stammt von der Insel „Vulcano“, die vor der Südwestküste Italiens liegt. Auf Grund der häufigen Eruptionen auf dieser Insel sahen die Römer hier den Beginn des Vulkanismus. Später verwendete man dieses Wort für jeden Berg, der Feuer spuckte und Magma an die Oberfläche beförderte.1 Vulkane werden unterschieden, je nachdem in welcher Phase sie sich befinden. Vulkane sind: lebendig, aktiv, ruhelos, erwachend, ausbrechend, ruhend, schlafend, tot und erloschen. Weltweit gibt es nach dem Catalogue of Active Volcanoes of the World (Katalog der aktiven Vulkane der Welt) derzeit über 500 aktive Vulkane.2 In Fernsehberichten spricht man sogar von über 1300.3 1 [Decker1; 19] [Decker1; 20] 3 [K1] 2 -4- B. Geografische Verteilung, Ausbrüche und der Umgang der Menschen mit den Feuerbergen I. Geografische Verteilung von Vulkanen Auf unserer Erde gibt es viele Vulkane, die nicht wahllos auf der Erdoberfläche verteilt sind. Betrachtet man eine Weltkarte mit eingezeichneten Vulkanen, wird man leicht feststellen können, dass sie ein bestimmtes Verteilungsmuster zeigen. Dabei fällt besonders ein Ring aus Vulkanen um den Pazifik herum auf, der so genannte Feuergürtel des Pazifik. Wie man auf der folgenden Abbildung erkennen kann, befinden sich besonders viele Vulkane an der Westküste Amerikas sowie am Westrand des Pazifiks entlang Japans und den Philippinen.4 Vulkanverteilung auf unserer Erde (Abbildung 1) Vulkane findet man somit an Subduktionszonen, mittelozeanischen Rücken oder Hot Spots. 4 [URL1] -5- 1. Subduktionszonen An den Subduktionszonen handelt es sich um „überirdische“ Vulkane . Diese befinden sich an den Rändern der Kontinentalplatten. Diese Platten bewegen sich wobei aufeinander die zu, schwerere ozeanische Platte unter die leichtere Konti- nentalplatte geschoben und in zunehmende Tiefe abgesenkt wird. Subduktion (Abbildung 2) (vgl. Abbildung 2). Dort bilden sich Gesteins- schmelzen, die schließlich wieder an die Erdoberfläche aufsteigen, was typischerweise einen Stratovulkan wie den Futschijama entstehen lässt. Diese Vulkane, die wegen ihres Aufbaus auch Schichtvulkane genannt werden, bilden einen gleichmäßigen Kegel und haben „saure“, zähflüssige Lava. Neunzig Prozent aller terrestrischen Vulkane befinden sich entlang dieser Subduktionszonen.5 2. Mittelozeanische Rücken Da durch die Subduktion Teile der Erdkruste verloren gehen, die Erde jedoch nicht gespannt wird, muss an anderen Stellen neues Land gebildet werden. Die Erdkruste besteht aus sieben großen und zwanzig kleineren Platten, die sich gegeneinander verschieben. Da sich die Platten voneinander wegbewegen, entsteht ein so genannter ozeanischer Rücken, aus dessen Mitte neues Magma aus dem Erdinneren austritt und eine neue ozeanische Kruste bildet. Ein Beispiel dafür ist die Entstehung des Atlantischen Ozeans, denn Amerika und Europa entfernen sich immer mehr voneinander, wie auf der nächsten Abbildung schematisch 5 [URL 1+2] -6dargestellt wird.6 Ein Großteil der vulkanischen Tätigkeit findet an mittelozeanischen Rücken statt, aber für uns Menschen bleibt dies meistens unbemerkt, weil sich die Vulkanausbrüche am Grunde des Ozeans unter Wasser abspielen (siehe auch Abbildung 3).7 Mittelozeanischer Rücken im Atlantik (Abbildung 3) 3. Hot Spots Eine dritte Möglichkeit für das Vorkommen eines Vulkans ist der so genannte Hot Spot. Dies sind „heiße Flecken“ auf der Erdkruste, weit entfernt von irgendwelchen Plattengrenzen. Bei einem Hot Spot steigt ein heißer Materiestrom aus der Tiefe der Erde auf, der wohl von Hot-Spot (Abbildung 4) der Mantel-Kern-Grenze dreitausend Kilometern aus Tiefe stammt (siehe Abbildung 4). Der Mantel (Lithosphäre) ist etwas über hundert Grad Celsius kälter, als der aufsteigende Materiestrom, den er umgibt. Es wird immer wieder frisches und heißes Material zur Kern6 7 [URL 1+3] [URL 1+3] -7Mantel-Grenze befördert, da der äußeres Kern flüssig ist und somit konvektiert, d.h. sich selbst umwälzt. Der kalte und zähflüssige Erdmantel kann die Wärme des Erdkerns nicht so schnell abtransportieren. Dadurch kann es passieren, dass sich ein großer Tropfen heißen Materials löst und somit an die Erdoberfläche aufsteigt. Diesem Tropfen folgt die säulenförmige Plume, d.h. eine aus dem Erdmantel zur Oberfläche dringende Schmelzmasse. Dieser Ablauf führt schließlich zum Vulkanismus. Über ozeanischen Hot Spots kommt es meistens zu Vulkansausbrüchen mit basaltischer Lava, so dass die Eruptionen relativ „mild“ verlaufen. Die Lava fließt ruhig ohne Explosionen aus dem Vulkan. Auf dem Festland sieht es schon ganz anders aus, denn dort gibt es eine Variation von Schmelzen, d.h. geschmolzenes Gestein, von primitiven Basalten bis hin zu sauren Schmelzen. Wegen diesen Schmelzen kommt es über kontinentalen Hot Spots auch weit häufiger zu explosiven Ausbrüchen. Die berühmtesten Hot Spot Vulkane findet man auf der Inselgruppe Hawaii. Sie liegt im pazifischen Ozean in der Mitte der pazifischen Platte. Ein weiterer Vulkan, den man teilweise zu den Hot Spot Vulkanen zählen kann, ist der Ätna.8 II. Dokumentation ausgewählter Vulkanausbrüche Da sich in einem Jahr sehr viele Vulkanausbrüche ereignen und noch nicht einmal alle ausführlich beobachtet werden, sollen hier exemplarisch die Eruptionen von zwei Vulkanen dokumentiert werden. Die Auswahlkriterien waren folgende: Der Ätna befindet sich in Europa und er ist immer von Zeit zu Zeit aktiv. So kam es erst vor sechs Monaten zu einer Eruption. Die Soufriere Hills auf der Karibikinsel Montserrat liegen über einer Subduktionszone und der darüber liegende Berg ist seit mehr als sechs Jahren sehr aktiv. Durch seine Ausbrüche wurde die Insel größtenteils zerstört und nahezu unbewohnbar, so dass dieser Vulkan sehr erwähnenswert ist. 8 [URL 4] -8- 1. Ätna Der Ätna liegt an der Ostküste Siziliens und ist mit seinen 3.300 Metern der höchste und aktivstes Vulkan Europas, denn er hat ungefähr 300 Krater und Öffnungen. Seine Aktivität ist sehr regelmäßig: Der Ätna stößt alle paar Minuten eine Dampfwolke aus, wobei dieser Rhythmus schon seit mehr als zweitausend Jahren andauert.9 Bei diesem Vulkan können kaum längere Ruhepausen festgestellt werden; Seit 1997 ist er alle paar Monate ausgebrochen. Die letzte größere Eruption fand 1991 statt, aber damals war es den Vulkanexperten gelungen den Lavastrom mit Sprengungen umzuleiten, so dass er auf seinem Weg ins Tal keine Siedlungen zerstörte. Alle Toten waren bisher entweder Schaulustige oder Touristen, wie im Jahre 1979, als eine Gruppe von neun Leuten ums Leben kam, da einer der 20 Krater explodierte.10 Sonst stellt der Feuerberg kaum Gefahren für den Menschen dar. Denn die Vorwarnzeit beträgt bei der Lavafließgeschwindigkeit von nur einigen Metern pro Stunde einen Tag und länger.11 Wie man auf dem nebenstehenden Bild sehen kann, überfließt die Lava einen ParkLavastrom 26. Juli 2001 (Abbildung 5) platz und die Provinz- straße, nur wenige Meter entfernt von Touristencafés und Souvenirshops. Dennoch halten sich immer noch Schaulustige in der Nähe des glühenden Gesteins auf. Von den Sizilianern wird der Ätna „Vulcano buono“ genannt, d.h. ein „freundlicher Vulkan“. So können die Hangfußgebiete bis ca. 1400m über dem Meer intensiv landwirtschaftlich genutzt werden. In die 9 [URL 5] [URL 6] 11 [URL 7] 10 -9höheren Gebiete führt eine Straße sowie Seilbahn und Skilifte. Schließlich liegt in 2941m das vulkanologische Ätnaobservatorium.12 Ein weiterer Sicherheitsvorteil ist der feste Zyklus des Ätnas. So kommt es z.B. nach einer Periode von Gipfelaktivitäten zu Flankeneruptionen, durch welche der Magmaspeicher im Berg entleert wird. Erdbeben kündigen dann wieder einen neuen Zyklus an.13 Im Januar 2001 setzte nach eineinhalb Monaten Ruhepause wieder am Südostkrater Aktivität ein. In den folgenden Monaten ebbte die Aktivität nicht ab, sondern es entstanden immer wieder Lavaströme aus der Nordflanke des Südostkraters und Rauchwolken stiegen auf. Im Mai nahm die Tätigkeit des Ätnas noch einmal etwas zu. Die Anzahl der Lavaströme stieg und so genannte „Bomben“ wurden ca. 50-100m über den Kraterrand geschleudert. Die Eruptionen steigerten sich immer mehr, die bis Ende Juni in bemerkenswert regelmäßigen Abständen auftraten. Seit Mitte Juli konnten die Vulkanologen vermehrt Erdbeben unter dem Ätna feststellen; die Zahl stieg in wenigen Tagen auf 2100 an, so dass die Angst der Bevölkerung vor einem größeren Ausbruch wie 1991 stieg. Auch die Forscher rechneten mit einer größeren Eruption, denn solch eine Ansammlung von Erdstößen gab es seit zehn Jahren nicht mehr.14 Eine gewaltige Aschefahne war über mehrere Kilometer weit zu sehen und sogar aus dem All klar und deutlich zu erkennen, wie das Bild zeigt. Deshalb musste der Flughafen von Catania des Öfteren gesperrt werden15 und die Behörden ordneten an. Die höchste Alarmstufe Bewohner Gefahrenregion wurden der Aschefahne aus Satellitensicht (Abbildung 6) auf eine Evakuierung vorbereitet, weil sich ein etwa 500 Meter breiter 12 [M; Band 1, Ätna: S. 358] [URL 7] 14 [URL 8] 15 [URL 7] 13 - 10 Lavastrom auf die Ortschaft Nicolosi zu bewegte16, der von der Flankeneruption am 17. Juli 2001 stammte, die erste seit 1991. Zehn Tage später richtete der Ätna mit seinen Lavamassen die bisher schlimmsten Schäden des Ausbruches an. Ein Lavastrom von hundert Metern Breite zerstörte die Skiliftanlagen und bewegte sich auf weitere Gebäude hinzu. Der Feuerberg hatte sich nämlich an insgesamt fünf Stellen der Erde geöffnet. Aus drei Öffnungen warf er ununterbrochen Lava bis zu 70m Höhe und durch die beiden anderen Öffnungen traten Rauch und Gase ans Tageslicht.17 Um weitere Schäden zu verhindern, versuchte der Zivilschutz mit Baggern Dämme aufzuschütten, damit das heiße Gestein umgeleitet wird. So errichtete man z.B. um La Sapienza einen zehn Meter hohen und 15 Meter breiten Erdwall. Außerdem war der Bürgermeister Salvatore Moschetto um die Bergbahnanlage am Südhang des Vulkans besorgt. Diese Region ist nämlich sehr auf die Einnahmen des Tourismus mit der Seilbahn und den Restaurants angewiesen.18 Die Flankeneruption, die am 17. Juli 2001 begann, endete am 9. August. Trotz des 25-tägigen Ausbruches schätzen die Forscher, dass sich noch eine große Menge Magma unter dem Vulkan befindet. Für viele kam das Ende der Eruption doch etwas plötzlich, denn die Prognosen gingen von mehreren Wochen bis hin zu Monaten.19 Auch wenn die Vulkanologen einen baldigen erneuten Ausbruch vorhergesagt haben, ist bis heute noch nichts Nennenswertes passiert. Es gibt aber noch viele andere Stellen auf dem Globus, wo die Erde im Inneren rumort, wie dies schon seit längerer Zeit auf Montserrat der Fall ist. 16 [URL 9] [URL 10] 18 [URL 11] 19 [URL 12] 17 - 11 - 2. Soufriere Hills Die Insel Montserrat wurde 1493 von Christoph Columbus entdeckt, gehört zu der Inselgruppe der Kleinen Antillen und liegt somit in der Karibik. Bis vor wenigen Jahren war die Insel mit Grasund Buschland bedeckt, wovon rund die ein Ackerland Bevölkerung Drittel als nutzte. Es wurden Baumwolle, Obst, Gemüse, Pfeffer Zuckerrohr sowie angebaut Viehzucht Fischerei betrieben. Doch und am 18. Karibikinsel Montserrat (Abbildung 7) und 20 Juli 1995 nahm die Katastrophe auf der 100 Quadratkilometer großen Insel, einer britischen Kronkolonie, ihren Anfang. Mit Wolken aus feiner Asche und Dampf erwachte der Vulkan in den Sofriere Hills langsam zum Leben. Dies kam überraschend, denn der Berg ruhte seit langer Zeit. Neben kleinen Eruptionen vor rund 400 Jahren dürfte der letzte große Ausbruch auf Montserrat rund 20.000 Jahre zurückliegen. Aber seit 1992 und dann wieder 1994 konnten die Vulkanforscher kleinere Erdbeben unter der Insel aufzeichnen, was ein Anzeichen für einen erneuten Vulkanausbruch war. Bis zum November 1995 wurden die Eruptionen immer stärker und der auftretende Ascheregen führte schließlich zur Evakuierung des südlichen Teils der Insel. In den folgenden zwei Jahren wuchs im Vulkanschlot ein Dom, d.h. eine aus fast erstarrter Magma entstandene Kuppe, von der oftmals Teile 20 [M; Band 5, Montserrat: S. 438] - 12 abbrechen, wodurch ein pyroclastic flow entsteht. 21 Hierbei handelt es sich um Glutlawinen aus 600-800 Grad Gesteinsbrocken, Celsius ätzenden heißen Gasen sowie glühendem Staub und Asche, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 Stundenkilometer die Hänge des Pyroklastischer Strom (Abbildung 8) Vulkanberges hinunterrasen (siehe Abbildung 8). Durch die enorme Kraft und die hohe Temperatur wird von pyroklastischen Strömen alles erfasst und niedergewalzt, was ihnen im Weg ist. 22 Auch für die Bevölkerung wäre ein Entkommen unmöglich. Wegen dieser Gefahr wurde im Frühsommer 1997 die gesamte Südhälfte der kleinen Karibikinsel zur Gefahrenzone erklärt. Das nebenstehende Bild zeigt die Region zwei Kilometer nördlich des Vulkans, die von einem pyroklastischen Strom verwüstet wurde. Dieses Gebiet gehörte vor dem Erwachen des Vulkanes 1995 zu den landwirtschaftlich fruchtbarsten Anbaugebieten auf Folge eines Pyroklastischen Stromes (Abbildung 9) Montserrat23. Das gesamte Gebiet wurde mit einer dicken Asche- und Staubschicht bedeckt, sodass es noch lange dauern wird, bis dort wieder die ersten Bauern das Ackerland bebauen können, falls die Gefahrenzone jemals wieder freigegeben werden sollte. In der Mitte des Bildes erkennt man noch Überreste von Häusern, die entweder direkt von der Glutlawine zerstört wurden oder später den Flammen, die durch die große Hitze der Asche entstanden, zum Opfer fielen. Anfang August 1997 wurden die Eruptionen immer gewaltiger und riesige Aschesäulen stiegen bis zu zwölf Kilometer in den Himmel. Die Asche 21 [Sp; 58] [SZ1] 23 [URL 13] 22 - 13 erreichte sogar noch die Nachbarinseln Nevis und Antigua, die 40 Kilometer entfernt liegen24. Des Weiteren gingen „Bomben“ aus Bimssteinen aufgrund magmatischer Explosionen nieder. Ausbruch der Soufriere Hills (Abbildung 10) Durch diesen Ausbruch und die folgenden Glutlawinen wurde der Großteil der Inselhauptstadt Plymouth zerstört. Im September wurde die Stadt, aber auch der Flughafen im Osten schließlich endgültig unter der Asche begraben und die tödliche Fracht entlud sich ins Meer. Die menschlichen Verluste hielten sich jedoch in Grenzen, denn die Gefahrenzone wurde rechtzeitig evakuiert. Die meisten der zwölftausend Einwohner flüchteten mit finanzieller Hilfe der Regierung auf Nachbarinseln oder ins Heimatland England und ein kleiner Teil der Bevölkerung suchte im Norden der Insel Schutz. Es wurden nur etwas mehr als 20 Menschen getötet, bei denen es sich um Bauern handelte, die ihr Hab und Gut nicht verlassen wollten. Im Oktober 1997 wuchs erneut ein Dom im Krater der Soufriere Hills mit enormer Geschwindigkeit, wodurch dieser sehr instabil wurde. Am 26. 24 [URL 14] - 14 Dezember brach er in sich zusammen und die Westseite des Vulkankegels wurde mit geschätzten 42 Millionen Kubikmetern vulkanischen Materials verwüstet. Darunter wurden ebenfalls einige verlassene Dörfer unter den Trümmern begraben.25 Die Tätigkeit des Vulkanes verringerte sich mit der Zeit wieder und ab März 1998 ruhte er wieder für fast zwei Jahre. Langsam wollten die Emigranten auf ihre Insel zurückkehren, aber die Vulkanforscher konnten die Sperrzone nicht öffnen, wie Gill Norton, Direktorin des Observatoriums auf Montserrat verkündete. Die Gefahr sei zu groß, „denn der Berg begann plötzlich wieder zu rumoren.“26 Es schob sich zwar nicht mehr soviel Lava aus dem Schlot, wie während der großen Ausbrüche im Jahre 1997, aber der Feuerberg wurde fast wieder so hoch wie der Chances Peak, der mit seinen 914 Metern der höchste Berg der Insel ist. Es stürzten wieder Felsen die Flanken herunter und am 20. März 1999 kollabierte der Dom. Es gingen pyroklastische Ströme ab und Aschewolken verdunkelten den Himmel. Als der Spuk nach einigen Stunden vorbei war, fehlten dem Vulkan die oberen 200 Meter. Seitdem wächst der Dom von Neuem, sodass sein Gipfel zurzeit bei 1077 Metern liegt, was höher als jemals zuvor ist.27 In den letzten zwei Jahren gab es keine erwähnenswerten Eruptionen mehr, doch es gibt noch keine Anzeichen dafür, dass die Aktivität des Vulkanes abnimmt. Es treten nämlich immer wieder pyroklastische Ströme auf. Nach den letzten Meldungen nahm die Aktivität des SoufriereHills-Vulkan vom 16.-23. November 2001 erneut leicht zu und es kam zum Austritt von Lava. Des Weiteren können die Forscher wieder geringe Konzentrationen von Schwefeldioxid messen.28 Dies zeigt, dass der Vulkan voraussichtig nicht so schnell zur Ruhe kommen wird, denn er ist nun wieder seit sechseinhalb Jahren aktiv. Somit ist es wichtig, dass er weiterhin vom Vulkanobservatorium auf Montserrat überwacht wird. 25 [Sp] [SZ1] 27 [SZ1] 28 [URL15] 26 - 15 - III. Vorhersage und Frühwarnsysteme Wie wichtig die Überwachung von Vulkanen ist, hat man bei den Ausbrüchen in den Soufriere Hills gesehen. Vulkanausbrüche bringen immer eine große Gefahr für den Menschen mit sich. Deshalb versuchen die Wissenschaftler so genau wie möglich einen Vulkanausbruch vorherzusagen, was aber gar nicht so einfach ist. Man kann auch nicht bei jeder kleinen Vermutung einer Eruption eine Region evakuieren lassen, da erstens der Aufwand zu hoch ist und zweitens die Bevölkerung das Vertrauen in die Forscher verliert, falls ein Berg doch ruhig bleiben sollte. Für möglichst genaue Vorhersagen wurden bestimmte Frühwarnsysteme entwickelt; dabei wird auf besondere Anzeichen, die ein Vulkan kurz vor seinem Ausbruch von sich gibt, geachtet (siehe III, 3 ff). Obwohl heute die Möglichkeiten für eine richtige Prognose besser sind, blieb die Anzahl der Opfer an Vulkankatastrophen am Ende des 20. Jahrhunderts ge- nauso hoch wie zu Beginn (Abbildung 11). Dies ist damit Verteilung der Opfer von Vulkankatastrophen in den letzten 100 Jahren (Abbildung 11) zu begründen, dass es bei der Zusammenarbeit zwischen den Behörden und den Vulkanexperten immer wieder zu Koordinationsfehlern kommt. Dennoch gibt es auch einige Beispiele, wo viele Menschenleben gerettet wurden, wie bei dem Ausbruch des Pinatubu 1991 auf den Philippinen oder auf Montserrat29. 29 [Sp, S. 60] - 16 - 1. Ausbruchmuster Als erstes versuchen die Forscher und Forscherinnen ein Ausbruchmuster festzulegen, denn einige Vulkane zeigen eine recht beständige Aktivität, was eine Vorhersage viel leichter macht. Leider braucht man entsprechend viele Informationen von früheren Ausbrüchen, was aber mit folgenden Schwierigkeiten verbunden ist. Statistische Aussagen sind erst sinnvoll, wenn mehr als zehn oder zwanzig Eruptionen erfasst wurden.30 Es gibt nur wenige Vulkane, die so aktiv oder so lange unter Beobachtung sind, dass sich ein derartiges Ausbruchmuster anlegen lässt. Z.B. reichen in ganz Amerika und auf den Kanaren die schriftlichen Angaben über Eruptionen nur 500 Jahre zurück31, was für einen Vulkan nicht gerade viel ist. Dagegen wurden in Italien und Griechenland schon seit zweitausend Jahren Daten gesammelt. Insgesamt wurden aber Ausbrüche viel zu selten von Wissenschaftlern mit Messgeräten erfasst. Durch die Analyse von den Eruptionen und Ruhezeiten lässt sich bei einem Vulkan, der viel dokumentiert wurde, ein zeitliches Muster der Ausbrüche feststellen und die durchschnittliche Ausbruchswahrscheinlich beurteilen.32 2. Vulkane als Forschungsobjekte Um mehr Informationen Internationale Vereinigung über der Vulkane zu Vulkanologen bekommen, und hat die Vulkanologinnen weltweit 15 Vulkane für weiterführende Studien und eine kontinuierliche Überwachung ausgewählt (Abbildung 12).33 30 [D2; 201] [Sp; 62] 32 [D2; 200] 33 [Sp; 61] 31 - 17 - Vulkane als Forschungsobjekte (Abbildung 12) Zum einen besteht durch diese Überwachung die Möglichkeit, einen Vulkan besonders genau zu untersuchen, zum anderen kann man die Ergebnisse anderer Berge besser vergleichen. Trotzdem sollte man nicht die Erfahrung von einem Vulkan auf jeden anderen Vulkan übertragen, da sie sich „wie Menschen“ verhalten: „Jeder ist anders“ (Prof. Dr. HansUlrich Schmincke)34. Deshalb versucht man bei der Auswahl dieser oben genannten Vulkane die Überwachung den spezifischen Verhältnissen anzupassen. Sie sind über die ganze Welt verteilt, darunter gehören sechs zu Europa. Damit man für eine vulkanisch aktive Region Risikokarten erstellen und eine Vorhersage über die Eruption machen kann, braucht man möglichst viele Informationen, wobei eine dauerhafte Kontrolle, wie sie bei den oben genannten 15 Vulkanen angestrebt wird, der Forschung sehr zugute kommt. 34 [SZ2] - 18 - 3. Einsatz moderner Technik Um die Prognosen für Vulkanausbrüche immer weiter zu verbessern, versuchen die Vulkanologen in ihren Forschungsprojekten neben dem Ausbruchmuster auch auf aktuell registrierte Hinweise wie Veränderungen der Temperatur, Gasausbrüche, Erdbeben, Verformungen der Oberfläche und andere Daten zu achten. Manchmal lassen sich deutliche Anhaltspunkte für einen drohenden Vulkanausbruch erkennen, wie z.B. Erdbeben oder vermehrte Rauchentwicklung aus dem Krater, aber meist sind die Anzeichen für eine bevorstehende Eruption nur mit empfindlichen Instrumenten feststellbar. Heutzutage steht den Forschern viel Hilfe durch moderne Technik zur Verfügung. Es wird schon eine Anzahl aktiver Vulkane aus dem All mit Satelliten überwacht, mit deren Radarwellen es möglich ist gestochen scharfe Bilder von den betroffenen Bergen zu machen, wobei man auch Rauchsäulen genauestens erfassen kann35. Außerdem können diese sensiblen „Augen“ selbst geringe Temperaturerhöhungen oder den Ausstoß bestimmter Gase feststellen. „Wissenschaftler in Japan, auf Kamtschatka und in den USA verzeichneten zum Teil Jahre, zum Teil nur Tage vor bestimmten Eruptionen einen Anstieg des Schwefelgas/ Chlorgas-Verhältnisses an Dampfaustritten. Verschiebungen im Wasserstoff-, Helium- oder Radongehalt der vulkanischen Gase werden ebenfalls als mögliche Signale für eine Änderung in der vulkanischen Aktivität gewertet.“36 Neben der Überwachung Temperatur am Entwicklung von von der und der achten die Vulkanberg Gasen, Forscher besonders auf kleinere Erdbeben unter dem Vulkan, die mit Seismographen aufgezeichnet werden. Je stärker der Ausschlag auf der Rolle, desto stärker ist das Beben (Abbildung 13). Seismograph (Abbildung 13 35 36 [URL 16 [D2, 208] - 19 Denn kurz vor einem Ausbruch nimmt meist die Zahl oder die Stärke der vulkanischen Beben zu, besonders von jenen, die mit der Entstehung neuer Förderspalten zusammenhängen. Aber ein Erdbeben ist kein eindeutiges Anzeichen für eine Eruption: Bei einer Studie wurden 71 Erdbebenschwärme untersucht und später kam es in 38% der Fälle zu keinem Ausbruch.37 Als letztes wichtiges Früherkennungsmerkmal achten die Wissenschafter auf die Verformungen der Erdoberfläche, denn das aufsteigende Magma reißt Spalten auf und wölbt das Gelände auf. Um so etwas möglichst früh festzustellen, greift man erneut auf die moderne Technik zurück. Es gibt mehrere Methoden einen Berg zu vermessen. Zum einen verwendet man Laserstahlen für Distanzmessungen, die aber nicht überall durchgeführt werden können, denn die Reflektoren können durch Felsstürze beschädigt werden. Zum anderen verwendet man „Neigungsmesser, die Änderungen in der Hangneigung von weniger als 0.0001 Prozent registrieren – ein Wert, wie er sich ergibt, wenn man ein Brett von einem Kilometer Länge um einen Millimeter anhebt.“ Ein weiteres viel versprechendes System ist das GPS (Global Positioning System), wobei über einen Satellit und einen Empfänger auf dem betreffenden Berg die relative Position der der Bodenstation bis auf wenige Millimeter genau bestimmt werden kann. 38 Trotz dieser modernen Messtechnik sind bislang nur wenige Vulkane der Welt sorgfältig untersucht, und es werden die meisten noch nicht einmal überwacht. Die Vulkanforschung bringt auch immer noch genug Gefahren mit sich, wie man an dem Beispiel des Ehepaares Kraft sieht39. Das Forscherpaar brachte viele Erkenntnisse für die Wissenschaft, denn kaum ein Anderer traute sich näher an ausbrechende Vulkane ran als sie. So entstanden atemberaubende Bilder. Doch 1990 kamen beide in Japan unter der Glutwolke eines pyroklastischen Stromes ums Leben. 37 [D2; 203] [D2; 205] 39 [K1] 38 - 20 - IV. Nutzungsmöglichkeiten für die Menschen Auch wenn es jetzt den Anschein hat, dass Vulkane nur Verderben für die Menschheit bringen und alle versuchen, sich vor einem Ausbruch zu schützen, bringt eine Eruption sogar Vorteile mit sich. Die Feuerberge bieten neben den guten Böden für die Landwirtschaft auch die Möglichkeit die geothermische Energie zu nutzen. 1. Ackerbau Viele Bauern siedeln sich in der Nähe von Vulkanen an, denn sie sind für die fruchtbarsten Böden der Welt verantwortlich. Dies wird besonders in einigen Gebieten der Tropen deutlich, wie z.B. auf Java oder Borneo. Auf den vulkanischen Böden erzielen die Bauern schon seit Jahrhunderten große Hektarerträge bei der Reisernte, die zwei bis dreimal im Jahr möglich ist. Auf Borneo dagegen ist der Feldbau nur für einige Jahre möglich, da durch diesen die Nährstoffe aus dem Boden gezogen werden. Die Nährstoffe können sich aber nicht regenerieren, so dass durch Brandrodung neue Felder gewonnen werden müssen. Der Hauptgrund für die besseren Böden auf Java liegt beim aktiven Vulkanismus. In den Tropen wird der Boden schnell vom Regen ausgewaschen, wodurch die Mineralien, wie auch Stickstoff und Phosphor, verloren gehen. Pflanzen brauchen jedoch diese beiden Elemente zum Gedeihen. Schließlich entsteht Roterde, die arm an Nährstoffen ist. Mit dieser kann kein intensiver Feldbau betrieben werden. Durch einen Vulkanausbruch regnet jedoch Asche auf die Erde nieder, worin Phosphor enthalten ist. Somit werden den Pflanzen die benötigten Nährstoffe zur Verfügung gestellt40. Neben den fruchtbaren Böden in den äquatorialen Breiten machen sich die Menschen auch in den kälteren Gebieten der Erde den Vulkanismus zum Nutzen. 40 [D1; 212ff] - 21 - 2. Geothermische Energie Da im Inneren unserer Erde ein riesiges Energiepotential enthalten ist, versucht man auch dieses zu erschließen. Aber der Wärmestrom aus der Erdoberfläche heraus ist nur sehr gering, so dass er zunächst keinen großen Nutzen bringt. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen muss man die Leistung aus einem großen Gebiet sammeln. In zunehmender Tiefe wird die Temperatur immer höher, aber der Anstieg ist in Gebieten ohne vulkanische Aktivitäten immer noch zu gering. Die Bohrkosten können durch die Energiegewinnung nicht wieder reingeholt werden. Dagegen erhitzt sich das Grundwasser in Gebieten , in denen es flache Magmareservoire gibt, bereits in geringen Tiefen von ein bis zwei Kilometern auf 200° bis 300° C. Diese hydrothermatischen Systeme werden mit Bohrlöchern angezapft, so dass das heiße Wasser und der Dampf zur Stromerzeugung oder zu Heizzwecken genutzt werden können. Die Kosten für die Bohrungen und den Bau von Kraftwerken werden durch die Energie aus den heißeren, flacheren Reservoiren wieder ausgeglichen. Wenn die Temperatur in hydrothermalen Gebieten nicht ganz so hoch ist, sind diese nicht mehr für die Stromerzeugung geeignet, aber dennoch für den Menschen weiterhin wertvoll. So lassen sich Häuser, Treibhäuser oder industrielle Anlagen günstig beheizen. Reykjavik, die Hauptstadt von Island, wird so z.B. fast komplett mit warmem Wasser aus Rohrsystemen beheizt. Es gibt noch viele weitere vulkanische Gebiete auf unserer Erde, aber leider fehlt dort das nötige Grundwasser. In der letzten Zeit deuten Experimente darauf hin, dass man künstlich Oberflächenwasser in das Erdinnere leiten könnte und an einem anderen Brunnen das erhitze Wasser wieder entnimmt. Es ist jedoch noch nicht klar, ob sich diese aufwendigen Technologien lohnen würden, um günstige umwelt- freundliche Energie zu gewinnen. Eine weitere Überlegung wäre auch noch, die Magmakammern direkt anzuzapfen und die Wärme abzuleiten, aber hier stoßen die Ingenieure derzeitig an technische Grenzen. - 22 Dennoch ist das Potential geothermaler Energie enorm. So gibt es vom U.S. Geological Survey Schätzungen, dass die Energie, die unter den USA in hydrothermalen System lagert, doppelt so groß ist wie die gesamten Ölreserven weltweit. Der Nachteil dabei ist jedoch, dass die Energie nur schwer zugänglich ist und somit die Kosten für die Gewinnung sehr hoch sind41. C. Aktuell: Ausbruch des Nyiragongo Trotz der oben genannten Möglichkeiten einen Vulkanausbruch vorherzusagen, kann es immer wieder zu lebensbedrohlichen Eruptionen kommen, wie dies erst kürzlich am Nyiragongo in Afrika passierte. Der 3470 Meter hohe Berg befindet sich in der demokratischen Republik Kongo an der Grenze zu Uganda und Ruanda nahe der Stadt Goma und zählt zu den Aktivsten Vulkanen Afrikas. Am Donnerstag, den 17. Januar 2002 ergoss sich plötzlich völlig unerwartet Lava aus dem Berg. Fälschlicherweise wurde kurz darauf eine Entwarnung für die Stadt Goma gegeben: Es wurden nur einige Lage des Nyiragongo (Abbildung 14) Dörfer zerstört. Einige Stunden später erfolgte eine zweite, viel stärkere Eruption, so dass sich ein ca. 300 Meter breiter Lavastrom durch die Stadtmitte von Goma schob, während er pro Sekunde mehr als 20 Meter zurücklegte. Dadurch wurde mindestens die Hälfte der Stadt zerstört und nach Angaben der Vereinten Nationen zählte man bis zum nächsten Tag 45 Tote. Außerdem waren mehr als 300.000 Kongolesen auf der Flucht nach Ruanda. Durch diese Massenflucht kam es schnell zur Katastrophe, denn es gab nicht genügend Unterkünfte, Nahrung und Trinkwasser für die Flüchtlinge. 41 [D1, 208ff] - 23 Dadurch ist die Seuchengefahr stark angestiegen, was die Hilfsorganisationen vor eine schwierige Aufgabe stellte Inzwischen ist die humanitäre Hilfe gut angelaufen, dennoch ist die Situation für die Menschen weiterhin katastrophal, weil die Zurückkommenden eine zerstörte Stadt vorfinden. Zerstörte Stadt Goma (Abbildung 15) Ein weiteres Problem ist der Kivusee, ein aktiver Lavasee, an dessen Grund sich große Mengen an Methangas befinden. Durch die Lava könnte es so zu Explosionen kommen oder zumindest bedrohliche Gase bilden. An diesem Beispiel sieht man, dass sich viele Menschen in der Nähe von Vulkanen trotz der großen Gefahren ansiedeln, um die Vorteile des Vulkanismus zu nutzen. Besonders die afrikanischen Länder stellt solch eine Naturkatastrophe vor unlösbare Aufgaben, da die meisten Staaten Entwicklungsländer sind. Außerdem kam der Ausbruch des Nyiragongo für die Vulkanologen sehr überraschend, woran man erkennen kann, dass die Wissenschaft noch in den Kinderschuhen steckt.42 42 [SZ3] - 24 - Literaturverzeichnis [D1] Decker, Robert und Barbara: „Die Urgewalt der Vulkane: Von Pompeji zum Pinatubu“. Weyarn 1997 [M] Meyers Neues Lexikon in 8 Bänden; Bibliografisches Institut Mannheim/ Wien/ Zürich, 1978 [Sp] Vincente, Arańa: „Die unruhige Erde“. In: Spektrum der Wissenschaft Dossier 2/2001 [SZ1] Jung-Hüttl, Angelika:„Der schnell wachsende Feuerberg“. In: Süddeutsche Zeitung vom 19. Dezember 2000, S. V2/11 [D2] Decker, Robert und Barbara: „Abbild der Erddynamik“. Spektrum Akademischer Verlag (Hg) 1992 [SZ2] „Unberechenbare Vulkane: Prof. Dr. Hans-Ulrich Schmincke, Vulkanologe, Forschungszentrum Geomar, Kiel, über den Ausbruch des Ätna“. In: Süddeutsche Zeitung vom 31. Juli 2001, S. V2/8 [K1] Kabel 1, EXTRA. (Dokumentationssendung) Sommer 2001 [SZ3] Bitala, Michael: „Hunderttausende auf der Flucht vor der Lava“. In: Süddeutsche Zeitung vom 19./ 20. Januar 2002, S. 12 BW [Diercke Weltatlas] Dircke Weltatlas, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 1992³ Internetnachweise [URL 1] http://www.clickfish.com/clickfish/guidearea/wissenbildung/geographie/vulk ane/geographische.html [URL 2] http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/vwlessons/plate_tectonics/part10.ht ml [URL 3] http://www.vulkanismus.de/magma/_mantel05.htm [URL 4] http://www.clickfish.com/clickfish/guidearea/wissenbildung/geographie/vulk ane/vulkane3.html [URL 5] http://online.wdr.de/online/news2/aetna/historie_ausbrueche-akt.phtml - 25 - [URL 6] http://www.salzburg.com/sn/01/07/16/chronik-22410.html [URL 7] http://www.3sat.de/3satframe.php3?a=1&url=http://www.3sat.de/nano/astu ecke/22272/ [URL 8] http://www.spiegel.de/panorama/0,1518,druck-145415,00.html [URL 9] http://www.ndr4.de/news/0107/21/1900.html#top [URL 10] http://www.welt.de/daten/2001/07/22/0722vm269536.htx [URL 11] http://rhein-zeitung.de/on/01/07/27/topnews/aetna.html?a [URL 12] http://www.geo.mtu.edu/%7Eboris/ETNA_olds150801.html [URL 13] http://volcanoes.usgs.gov/Hazards/Effects/PFEffects1_caption.html [URL 14] http://www.educeth.ch/stromboli///others/others97/soufr97.html [URL15] http://www.educeth.ch/stromboli///others/others01/soufr01.html [URL 16] http://www.clickfish.com/clickfish/guidearea/wissenbildung/geographie/vulk ane/satellitenbilder.html [URL 17] http://www.educeth.ch/stromboli///others/index-d.html Abbildungsnachweis [Titelbild] http://www.educeth.ch/stromboli/perm/etna/etna01c/index-de.html [Abbildung 1] S. 4 http://www.g-o.de/geobin/frameset.pl?id=00001&frame1=titelgo.htm&frame2=menue04.ht m&frame3=kap4/40db0014.htm - 26 [Abbildung 2] S.5 http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/vwlessons/plate_tectonics/part10.ht ml [Abbildung 3] S. 6 http://www.palmod.uni-bremen.de/FB5/Ozeankruste/spreading.jpg [Abbildung 4] S. 6 Time-Life Bücher: „Der Planet Erde: Vulkane“. Amsterdam; 1985; Ausschnitt S. 62 [Abbildung 5] S. 8 http://www.educeth.ch/stromboli/perm/etna/etna01e/index-de.html [Abbildung 6] S. 9 http://www.g-o.de/geobin/frameset.pl?id=00001&frame1=titelgo.htm&frame2=menue03.ht m&frame3=kap3a/3cgd0029.htm [Abbildung 7] S. 11 http://www.islamicfinder.org/cityPrayer.php?country=Montserrat [Abbildung 8] S. 12 http://www.rnw.nl/realradio/features/html/montserrat210200.html [Abbildung 9] S. 12 http://volcanoes.usgs.gov/Hazards/Effects/PFEffects1_caption.html [Abbildung 10] S. 13 http://www.ems.psu.edu/info/explore/DangerAsh.html [Abbildung 11] S. 15 Spektrum der Wissenschaft; „Die unruhige Erde“; Dossier 2/2001; S. 60 [Abbildung 12] S. 17 Spektrum der Wissenschaft; „Die unruhige Erde“; Dossier 2/2001; S. 61 [Abbildung 13] S. 18 http://hvo.wr.usgs.gov/earthquakes/ [Abbildung 14] S. 22 Süddeutsche Zeitung vom 19./ 20. Januar 2002, S. 12 BW [Abbildung 15] Süddeutsche Zeitung vom 21. Januar 2002, S. 12 M-1 Anlagen: Selbsterstelltes Poster Videokassette mit Aufnahme einer Dokumentationssendung - 27 - Ich erkläre hiermit, dass ich die Facharbeit ohne fremde Hilfe angefertigt habe und nur die im Literaturverzeichnis angeführten Quellen und Hilfsmittel verwendet habe. Oberhaching, den 1. Februar 2002 Ort Datum _______________________ Unterschrift des Schülers
