Im Schlund des Vulkans - wissenschaft.de
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Im Schlund des Vulkans

Vulkanologen sind forschende Abenteurer. bild der wissenschaft hat dem Geochemiker Eckhard Faber bei seiner hitzigen Arbeit über die Schulter geschaut.

Wie ein Haudegen wirkt Eckhard Faber nicht gerade, wenn er in seinem kleinen Büro nüchtern von seiner Forschung am Vulkan erzählt. Der Mitarbeiter der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) in Hannover ist ein sportlicher Mann von 58 Jahren. Er trägt die übliche Geologen-Kluft: einen beigen Wollpulli und eine dunkle derbe Gebrauchshose. Aber wie sieht ein katastrophengegerbter Vulkanforscher aus? Brandnarben an Händen und Armen? Ein lahmes Bein, von einer „Lava-Bombe“ zerschmettert?

Der renommierte amerikanische Vulkanologe Stanley Williams, Professor an der Arizona State University in Tempe, teilt seine Zunft gern in zwei Kategorien ein: Auf der einen Seite die Stubenhocker, die am Computer Theorien nachgehen und noch nie einen aktiven Vulkan aus der Nähe gesehen haben – auf der anderen Seite die „richtigen“ Vulkanologen, die Draufgänger, die der Gefahr ins Auge blicken.

So gesehen ist Faber ein waschechter Vulkanologe. Er steigt den Feuerbergen nicht nur aufs Haupt, er sucht sogar die besonders brenzligen Stellen auf, wo es richtig faucht und qualmt. Faber untersucht die Fumarolen – die Überdruckventile der Vulkane –, aus denen giftige Gase, mehrere Hundert Grad Celsius heiß, zischen und weiße Fahnen in die Landschaft malen. „Das ist, als würde man auf dem Schornstein einer Dampflok stehen“, sagt er. Denn während er seine Gerätschaften aufstellt, kann er die irdische Höllenmaschine nicht einfach abstellen. Er kann sich nur schützen, so gut es geht – mit Atemmaske und fester Kleidung. Faber weiß nur zu gut, wie aggressiv die Gase sind: Schon zwei Fotoapparate und einen Laptop haben sie ihm ruiniert.

Er holt ein paar Münzen aus dem Regal. Sie sind schwarz angelaufen. Faber hatte sie auf einer Exkursion in der Tasche stecken. Die ätzenden vulkanischen Gase zerfressen jedes Metall. In dieser Hexenküche ist Fabers Arbeitsplatz. Hier will er Einblicke in den Vulkanismus gewinnen, um eines Tages vielleicht sogar Ausbrüche vorhersagen zu kön-nen. Vorerst geht es freilich darum, möglichst viele Daten zu sammeln. Faber will mit einer automatischen Apparatur die Zusammensetzung der Fumarolen-Gase kontinuierlich messen und per Funk an ein Observatorium am Fuß eines gefährdeten Vulkans schicken. Kaum jemandem auf der Welt ist das bisher über längere Zeit geglückt. „Die Geräte dazu kann man nicht einfach im Laden kaufen“, sagt Faber. Die gebräuchlichen Instrumente würden der aggressiven Chemie nicht lange standhalten – oder sie sind zu schwer oder verbrauchen zu viel Energie. Also muss sich Fabers Team das Equipment selbst zusammenbasteln.

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Von seinem Werdegang her ist Faber gar kein Vulkanologe, sondern Experte für Erdöl und Erdgas. In Clausthal-Zellerfeld hat er zunächst Physik studiert, bevor er sich bei der BGR der Geochemie zuwandte. Er untersuchte Gase, die aus Erdöl- und Erdgaslagerstätten dringen, um ihnen möglichst viele Informationen über ihre Herkunft zu entlocken. Noch Mitte der neunziger Jahre wussten weder er noch seine Kollegen vom BGR-„ Referat Gasgeochemie, Isotopengeochemie“ so recht, was Fumarolen überhaupt sind. Im Winter 1995/96 startete die BGR dann ein Vulkan-Projekt: Es ging darum, den explosiven Galeras in Kolumbien, der nach jahrzehntelanger Ruhe wieder erwacht war, mit allen erdenklichen Methoden abzuhorchen, auch mit geochemischen. Und dafür schien Faber genau der richtige Mann, schließlich kannte er sich mit Gasen aus. Doch der Galeras war berüchtigt: Wenige Jahre zuvor, im Januar 1993, waren in seinem Krater sechs Wissenschaftler umgekommen. Stanley Williams – jener US-Amerikaner, der Draufgänger so schätzt – hatte damals auf der Bergflanke im 300000-Seelen-Ort Pasto zu einer internationalen Tagung geladen. An einem vortragsfreien Tag führte er einige Kollegen auf den Krater hinauf – eine mühsame Kletterei, die an besonders steilen Passagen nur mit Seilen zu bewältigen war. Gerade als die 13 Forscher ihre Proben nahmen und Geräte aufstellten, explodierte der Vulkan. Es war keine große Eruption, sondern mehr ein „Rülpser“ von vielleicht 15 Minuten Dauer, der in den umliegenden Orten keinen Schaden anrichtete. Doch dort oben stürzten rot glühende Brocken auf die Wissenschaftler, manche so groß wie ein Backofen. Die meisten Opfer wurden von diesen „vulkanischen Bomben“ am Kopf getroffen und starben auf der Stelle. Exkursionsleiter Williams überlebte schwer verletzt. Knochensplitter hatten sich in sein Gehirn gebohrt, und ein Bein war völlig zerschmettert.

Einige Kollegen, die nicht unmittelbar am Krater gestanden hatten, schafften die halsbrecherische Kletterei bis zur Straße aus eigener Kraft, die Körper von Brandwunden entstellt. Faber kennt den Weg, den sie nehmen mussten, gut. Etwa 40-mal hat er ihn inzwischen gemeistert. Manchmal kommt er auch an jener Stelle vorbei, an der zwei Wissenschaftler regelrecht verglüht sind. Die Höllenhitze hat nichts von ihren Körpern übrig gelassen. Dort bleibe er manchmal stehen, sagt er. Dann denke er an die Gefahr, die vom Vulkan droht – selbst wenn sich gerade nichts rührt.

Seine Arbeit als Vulkanforscher begann völlig unspektakulär. Als Faber 1996 ins Galeras-Projekt einstieg, baute er zunächst im heimischen Labor eine Apparatur zusammen, mit der man Fumarolen-Gas einfangen und – mittels Kondensationsrohr – das störende Wasser darin abscheiden kann. Damit fuhr er auf den italienischen Namensgeber aller Vulkane, den rund 300 Meter hohen Krater La Fossa auf der Insel Vulcano, um das Gerät unter realistischen Bedingungen zu testen. Er schob ein Rohr aus Edelmetall, an das ein rund 1000 Meter langer Schlauch angestöpselt war, in eine Fumarole. Über eine generatorbetriebene Pumpe konnte er nun heißen Dampf absaugen und in sicherer Entfernung analysieren. Zwei Wochen lang lief die Anlage einwandfrei. Dann ging es nach Kolumbien.

Doch in den südamerikanischen Kordilleren geht es viel härter zu als in der mediterranen Idylle. Von einem Hubschrauberlandeplatz am Kraterrand – wie etwa auf dem Stromboli – kann man am Galeras nur träumen. Die Wissenschaftler-Crew musste zwei Stunden im Geländewagen über Schotterpisten zockeln und sich anschließend eine Stunde zu Fuß durchs Geröll kämpfen. So blieben pro Tag gerade zwei bis drei Stunden Arbeitszeit vor Ort. Denn „schon um zwölf Uhr werden die Kolumbianer nervös“, sagt Faber. Es gilt die strikte Order, noch bei Tageslicht zurück in der Stadt Pasto zu sein, um nicht im Dunkeln von einem Ausbruch überrascht zu werden.

Auf mehr als 4000 Meter Höhe herrscht zudem – trotz der Nähe zum Äquator – ein extrem raues Klima. Die Temperaturen schwanken zwischen null und zehn Grad, sinken auch mal unter den Gefrierpunkt. Nebel verhüllt fast immer den Gipfel und nimmt die Sicht. Oft regnet es. Dazu kommt der Lärm der Fumarolen: Bis zu 400 Grad heißer Dampf zischt mit dem Getöse von Flugzeugturbinen aus dem Erdinnern und bildet mit dem vulkanischen Schwefel ätzende Säuren. Schon nach vier Tagen waren die Rohre, die Faber und seine Mannschaft in die Fumarolen geschoben hatten, zerfressen. Sogar ein Rohr aus Titan hatte nach drei Monaten Löcher. Den Geochemiker beschlichen Zweifel an seiner Mission: „ Man sieht nichts vor lauter Dampf, kriegt unter der Gasmaske keine Luft, und kann die Finger wegen der Kälte kaum bewegen.“

Schließlich entschloss sich Faber, völlig anders vorzugehen. Vor allem sollte der kilometerlange Schlauch verschwinden. Denn die am Projekt beteiligten kolumbianischen Wissenschaftler wollten nicht täglich Benzin für den Generator, der die kräftige Pumpe trieb, auf den Berg schaffen. Außerdem bestanden sie auf zeitnahen Signalen – durch den langen Schlauch hatte das Gas bislang rund 20 Minuten gebraucht, bis es am Analysegerät ankam. Die gesamte Elektronik sollte nun in der Nähe der Fumarolen stehen, und eine Funkverbindung sollte die Daten übertragen. Für die Energieversorgung waren Solarzellen zuständig.

Im folgenden Jahr kamen die Deutschen mit der entsprechenden Apparatur zurück, sicher verpackt in robusten Aluminiumkoffern. Der Aufbau im steinigen Gelände glückte problemlos. Doch als die durchgefrorenen Forscher am Abend im Observatorium die einlaufenden Messwerte studierten, bekamen sie lange Gesichter. Wieder hatte ihnen der Vulkan einen Strich durch die Rechnung gemacht: Zum Stecken der Verbindungen hatten sie die Alukoffer öffnen müssen. Dieser kurze Kontakt mit den Dämpfen hatte genügt, um die Elektronik zu ruinieren.

Im BGR-Labor in Hannover fand sich schließlich die Lösung: Abflussrohre. Der robuste Kunststoff, der den schärfsten Reinigungsmitteln trotzt, sollte auch dem Vulkan standhalten. Fabers Team bastelte aus den Rohren handliche Boxen, die ein Mann ohne Mühe im Rucksack schleppen kann, und verschloss die Elektronik darin hermetisch. Sämtliche Stecker wurden außen angebracht, so dass die Module beim Vernetzen nicht geöffnet werden mussten. Endlich hatten die Forscher einen Weg gefunden, dem Vulkan den Puls zu fühlen. Ihre Sensoren übermittelten Temperatur, Druck sowie den Gehalt an Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Radon.

Vor zwei Jahren ging erstmals eine kleine Eruption ins Analyse-Netz. Der Vulkan spuckte dabei zwar weder Asche noch Magma, aber die Erde bebte ordentlich, und am nächsten Tag stand noch immer eine Dampfwolke im Krater. Die Geräte blieben heil und zeichneten alles auf. Und tatsächlich: Schon einen halben Tag vor dem Ausbruch hatte der Kohlendioxid-Sensor ein seltsames Signal aufgefangen. Die Konzentration hatte in einem steten Auf und Ab geschwankt, als würde der Vulkan langsam ein- und ausatmen. Mit der Eruption endete diese Schwingung. Was sie bedeutet, weiß Faber bis heute nicht. Er vermutet, dass sich das aufwallende, heiße Gas mit dem Wind und dem Regen zu einer Resonanz aufgeschwungen hatte. Um mehr zu erfahren, will er das seltsame Phänomen nun anderen Experten vorlegen.

Ob die ihm allerdings eine plausible Erklärung liefern können, ist fraglich. Denn solche geochemischen Messreihen im Sekundentakt sind bislang eine Rarität. Bei vulkanischen Gasuntersuchungen geht es meist noch zu wie annodazumal: Ein Wissenschaftler marschiert alle zwei Wochen zum Krater und holt sich eine Gasprobe. Und selbst das geht nicht immer. Am italienischen Stromboli zum Beispiel wagt sich niemand an die Fumarolen heran, aus Angst, von einem Ausbruch überrascht zu werden. Sogar am Galeras lässt Faber die Finger von Fumarolen, die im Kraterinnern zischen.

Der Schwerpunkt der Vulkanüberwachung liegt seit jeher bei der Seismik, die weniger Wagemut erfordert. An den meisten Vulkanen stehen mehrere Erdbebenmessgeräte, die rund um die Uhr jede noch so feine Vibration der Erdkruste registrieren. Aus dieser Datenflut haben Experten schon viele Erkenntnisse gewonnen. So kann man inzwischen regelrecht „hören“, wie Magma aus der Tiefe nach oben dringt. Auf dem Seismogramm zeigt sich dann eine harmonische Schwingung: ein Rauschen, als würde Wasser durch eine Leitung strömen.

Am Galeras haben die Seismologen ein anderes verräterisches Signal aufgespürt, das auf dem Seismogramm wie eine Schraube aussieht und deshalb „Tornillo“ heißt, das spanische Wort für „ Schraube“. Es handelt sich um eine sehr schwache Vibration von wenigen Minuten Dauer – als würde jemand eine Saite anschlagen, deren Ton langsam verebbt. Vor jedem Ausbruch haben sich bislang solche Signale gehäuft. Auch bei der Katastrophe vor zehn Jahren hatte es vorher einzelne Tornillos gegeben. Tagungsleiter Williams war trotzdem mit seiner Gruppe auf den Krater geklettert. Faber würde dieses Risiko niemals eingehen. Von der Datenfülle, wie sie den Seismologen inzwischen zur Verfügung steht, können er und seine Crew nur träumen. Kein Wunder, dass sie den Kollegen bei der Interpretation ihrer Aufzeichnungen um Jahrzehnte hinterherhinken.

Wie sich die Zusammensetzung der Gase in den Fumarolen verändert, wenn Magma aufsteigt und eine Eruption bevorsteht, liegt noch weitgehend im Dunkeln – zumal jeder Vulkan individuell reagiert. Dennoch ist die Geochemie ein wichtiger Bestandteil der Vulkanüberwachung. Nur mit einer Kombination möglichst vieler Methoden kann es gelingen, einen Ausbruch vorherzusagen. Dazu gehört auch die Vermes-sung der Erdoberfläche, denn durch das aufsteigende Magma hebt sich meist eine Bergflanke.

Bei einem explosiven Berg wie dem Galeras müssten eigentlich – das liegt auf der Hand – der Druck und die Temperatur der ausströmenden Gase steigen, wenn zäher Gesteinsbrei den Krater verstopft und Magma von unten nachdrückt. Bis Faber allerdings eindeutige Zusammenhänge nachweisen kann, müssen seine Apparaturen noch einige Ausbrüche überstehen. So gesehen, sehnt er sich regelrecht nach dem nächsten Schlag: „Wir hoffen, dass der Vulkan explodiert.“ Bis zu einer zuverlässigen Vorhersage ist es allerdings noch weit. Faber macht sich keine Illusionen: „ Vielleicht nicht mehr in meiner Dienstzeit.“

Derzeit stockt seine Arbeit am Galeras: Im letzten Jahr hat ein Erdrutsch nach einem starken Regen die Apparate verschüttet. Ersatzgeräte sind zur Zeit auf dem Weg nach Kolumbien. Leider sind wegen der politischen Situation – insbesondere durch die Guerilla-Aktivitäten – die Reisemöglichkeiten innerhalb Kolumbiens für Ausländer so gut wie unmöglich. Als Konsequenz wurden die kolumbianischen Kollegen während eines Trainingsaufenthaltes bei der BGR in die Nutzung der Geräte eingewiesen. Allerdings würde Faber lieber heute als morgen losfahren: Das Vulkanfieber hat ihn längst gepackt, und er will gemeinsam mit seinen Kollegen die neuen Geräte zum Krater schaffen.

Die Geräte wurden inzwischen noch einmal verbessert, um vor allem zwei Probleme auszumerzen: die unzureichende Energieversorgung und die häufige Verstopfung der Rohre. Da der Galeras meist wolkenverhangen ist, lieferten die eingesetzten Solarzellen oft nicht genug Strom für die Nacht. Und der viele Schwefel in den Fumarolen setzte sich in den Röhren ab und verstopfte sie. Das Energieproblem könnte ein neuartiges Gerät lösen, das Strom aus der Fumarolenhitze gewinnt. Faber hofft, dass dabei sogar genug Energie übrig bleibt, um die Röhren automatisch zu spülen. Nach einem Test auf Vulcano sollen die Geräte im nächsten Sommer in Kolumbien in Dienst gehen. Falls Faber bei der Montage mitwirken kann, wird er wieder einen Tag um den anderen zum Krater steigen – im Gepäck nicht nur Helm und Gasmaske, sondern auch einen Kompass, um selbst bei dickem Nebel zurückzufinden, eine Trillerpfeife, um Helfer notfalls auf sich aufmerksam machen zu können, und – das Wichtigste – ein Funkgerät. Denn sobald das Observatorium in Pasto auch nur die leiseste Erschütterung registriert, erhält Faber über Funk eine Warnung, damit er sich sofort auf den Rückweg macht. Ob er Angst hat? Er überlegt kurz. „Nein“, sagt er, „Angst nicht. Aber man sollte Respekt haben.“

Kompakt

Der kolumbianische Vulkan Galeras ist hochexplosiv. Eckhard Faber, Geowissenschaftler bei der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover, hilft bei seiner Überwachung.

Die Untersuchung vulkanischer Gase erfordert nicht nur säurefeste Geräte, sondern auch sicheren Tritt – und Mut.

Daten über die Zusammensetzung von Fumarolen-Gasen können helfen, einen nahen Vulkanausbruch vorherzusagen.

Klaus Jacob

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