Insel unter Dampf - wissenschaft.de
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Erde+Klima

Insel unter Dampf

Island ist einer der „heißen Flecken“ der Erde. Ein großer Vorteil für die Insel: Bei der Geothermie ist sie weltweit führend. Nun soll überkritisches Wasser zur Energieerzeugung genutzt werden.

Eine Bohrung kaum 5000 Meter tief in den Untergrund – Routine, sollte man meinen. Doch in Island wird sie zum Abenteuer. Denn unter der kalten, oft schnee- und eisbedeckten Oberfläche lauert vulkanische Hitze, die selbst modernstem Gerät gehörig zu schaffen macht. Vor allem in direkter Umgebung der aktiven Vulkane staut sich die Glut. Geologen haben mehr als 20 Hochtemperaturfelder abgesteckt, wo das Thermometer schon innerhalb von 1000 Metern auf über 250 Grad Celsius klettert. Gerade dort soll nun der Bohrer ansetzen. Isländische Energieversorger wollen zusammen mit internationalen Experten bei einem weltweit einzigartigen Vorhaben ein ganz neues Energiepotenzial erschließen: überkritisches Wasser. Als überkritisch bezeichnet man Wasser mit einer Temperatur von mehr als 374 Grad Celsius und einem Druck von über 221 Bar. Bei diesen extremen Verhältnissen verwischen die Unterschiede zwischen den Aggregatzuständen flüssig und gasförmig, Wasserdampf lässt sich dann nicht mehr verflüssigen.

Überkritisches Wasser enthält um ein Vielfaches mehr Energie als gewöhnlicher Wasserdampf, wie er sonst Turbinen antreibt. Nach einer Modellrechnung würde ein Durchfluss von rund 0,7 Kubikmeter pro Sekunde genügen, um dauerhaft 40 bis 50 Megawatt (MW) elektrische Energie zu gewinnen. Die reiche Stromausbeute macht das hitzige Wasser äußerst lukrativ, zumal es in Island in erreichbarer Tiefe zu haben ist. Schon vier bis fünf Kilometer unter der Oberfläche hofft man, auf die nötigen Temperaturen von 400 bis 600 Grad zu stoßen.

Insgesamt sind drei Bohrungen vorgesehen, wovon zwei kommerziell betrieben werden: in den Hochtemperaturfeldern Reykjanes und Hengill nahe der Hauptstadt Reykjavik. Die dritte in der Nähe des Vulkans Krafla im Norden Islands wird wissenschaftlich begleitet. Wie schwierig das Vorhaben ist, bekamen Techniker vor zwei Jahren zu spüren, als eine Bohrung, die schon mehr als drei Kilometer vorgestoßen war, bei einem Test verstopfte und aufgegeben werden musste. Jetzt im Herbst beginnt am neuen Standort, neben dem Vulkan Krafla, ein erneuter Versuch. „Niemand wagt eine Prognose, ob es funktioniert“, sagt Ernst Huenges, der für das Geoforschungszentrum Potsdam am Projekt arbeitet. Denn viele Fragen sind noch offen: Halten das Bohrgerät und die Sensoren der Hitze stand? Gibt es genug wasserführende Klüfte, damit die Energiegewinnung sich lohnt? Wie muss die Verrohrung beschaffen sein, um das hochaggressive überkritische Wasser nach oben zu bringen? Welche Technologie ist nötig, um den brisanten Stoff in Strom zu verwandeln? Antworten darauf erwarten die Isländer in den kommenden zehn Jahren.

Bei einem Erfolg liefert das Loch nicht nur Energie, sondern gibt auch einen einmaligen Einblick in Vorgänge, die sich normalerweise sehr tief im Erdinneren abspielen. Denn bei den hohen Temperaturen und Drücken wandelt sich Gestein um. Hier werden aus Sedimenten metamorphe Gesteine gebacken und Lagerstätten reichern sich an, wobei überkritisches Wasser eine entscheidende Rolle spielt. Es besitzt, wie andere überkritische Fluide, erstaunliche Löse-Eigenschaften. Was sich bisher nur in Laborexperimenten studieren ließ, können Geowissenschaftler vielleicht bald erstmals an Ort und Stelle beobachten.

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Sogar bürgersteige werden beheizt

Den Vorstoß in die irdische Backstube wagen die Isländer, weil sie gute Erfahrungen mit Bohrungen gemacht haben, die herkömmlichen Dampf und heißes Wasser liefern. Seit Jahrzehnten zapfen sie Erdwärme und können deshalb eine Energiebilanz vorweisen, von der andere Länder träumen: 72 Prozent der Primärenergie stammen aus regenerativen Quellen, davon drei Viertel aus Geothermie und ein Viertel aus Wasserkraft. Nur wegen der Autos und Fischerboote müssen sie in bescheidenen Mengen Öl importieren. Die 310 000 Isländer sind derart mit sauberer Energie gesegnet, dass sie sich den Luxus leisten, Straßen und Bürgersteige zu heizen. Unter mehr als 800 000 Quadratmeter Asphalt schlängeln sich Heizrohre und ersparen das Schneeräumen. Fürs Heizen verbrauchen die Isländer vier Prozent der gewonnenen geothermischen Energie.

Der größte Teil davon – rund 60 Prozent – heizt Räume. 89 Prozent aller isländischen Wohnungen werden mit Heißwasser aus dem Untergrund gewärmt – was nicht nur die Umwelt, sondern auch den Geldbeutel schont. Nach einer Regierungsstudie hätten die Isländer allein 2004 rund 600 Millionen Dollar mehr bezahlen müssen, wenn sie mit Öl geheizt hätten. Pro Kopf macht dies immerhin an die 2000 Dollar aus. Auch Gewächshäuser und Fischfarmen profitieren von der preiswerten Erdwärme. Und 130 der insgesamt 160 Schwimmbäder, die Isländer oft und gern besuchen, nutzen die vulkanische Glut. Längst wird auch Strom aus der heißen Erde gewonnen. Schon 1944 gab es erste Versuche, mit Naturdampf Turbinen anzutreiben. Die erste kommerzielle Anlage entstand 1969. Dann ging es Schlag auf Schlag: 2005 stammten bereits 19 Prozent des Stroms aus dem heißen Untergrund. Binnen weniger Jahre soll dieser Anteil verdoppelt werden.

ERDWÄRME GEGEN SCHUPPENFLECHTE

Eines der großen Erdwärmekraftwerke, Svartsengi, mit einer Leistung von 200 MW thermischer und 45 MW elektrischer Energie, liegt bei Grindavik, rund 40 Kilometer südlich von Reykjavik. Das salzige Wasser aus der Tiefe füllt hier, nachdem es seine Wärme abgegeben hat, einen künstlichen See, der als Blaue Lagune zum Touristenmagnet geworden ist. Kaum ein Urlauber lässt sich das Bad im dampfenden Nass bei angenehmen 37 bis 42 Grad Celsius entgehen, zumal die Erquickung auch Schuppenflechte und andere Hautleiden sowie Rheuma lindern soll.

Den heißen Untergrund verdankt Island seiner weltweit einzigartigen Lage: Ein „Hot Spot“ – ein vulkanisch großräumig aufgeheiztes Gebiet –, trifft hier auf einen Mittelozeanischen Rücken. Diese Tausende Kilometer langen Gebirgszüge durchziehen sonst die Tiefsee, dem Auge verborgen. Es sind Nähte im tektonischen Plattengefüge, an denen die ozeanische Kruste auseinanderreißt und Magma hervorquillt. Dabei entsteht neuer Meeresboden, der die Ozeane wachsen lässt. In Island taucht eine solche Wachstumsfuge aus dem Meer auf – einmalig auf der Welt. Hier kann man trockenen Fußes über eine Erdnaht laufen, die sonst nur durch das Panzerglas eines U-Boots zu sehen ist. Der Bruch verläuft von Reykjavik in Richtung Nordosten, vorbei am größten Gletscher Islands, dem Vatnajökull. Der Bruch teilt die Insel – geologisch gesehen – in einen amerikanischen und einen europäischen Teil, die Jahr für Jahr um knapp zwei Zentimeter auseinanderdriften.

MEHR VULKANE ALS SONSTWO

Dass man über das Unterwassergebirge wandern kann, dafür sorgt ein „Plume“ unter dem Hot Spot. Dieser Strom aus heißem Gestein, der tief aus dem Erdmantel kommt, drückt den Mittelozeanischen Rücken nach oben bis über die Wasseroberfläche. Und er heizt den Vulkanismus gewaltig an, was die Mächtigkeit der Gesteinskruste belegt. Während die Erdkruste am Mittelozeanischen Rücken sonst rund 6 Kilometer dick ist, sind es in Island 20 oder vielleicht sogar 40 Kilometer. Vulkane haben mit ihrer Lava und Asche für diese Verdickung gesorgt. Geologen haben auf Island mehr als 200 Vulkane gezählt, das ist die größte Vulkandichte weltweit.

Mindestens 30 der isländischen Vulkane sind seit der Besiedlung durch norwegische Wikinger vor rund 1200 Jahren ausgebrochen. Etwa alle fünf Jahre ist es soweit: Dann erwacht ein Vulkan – oft als Spalteneruption, die dem Verlauf des Mittelozeanischen Rückens folgt. So öffnete sich 1783 die 25 Kilometer lange Laki-Spalte, aus der innerhalb von drei Monaten 12 Kubikkilometer Lava quollen. Das heiße Leichentuch deckte mehr als 50 Quadratkilometer Land zu. Giftige Gase ließen das Gras verdorren und das Vieh sterben. In der darauf folgenden Hungersnot, die die Insulaner heimsuchte, kamen etwa 10 000 Menschen ums Leben.

Island umfasst etwa 103 000 Quadratkilometer und entspricht flächenmäßig damit etwa Bayern plus Baden-Württemberg. Ein Zehntel der Inselfläche ist von Eis bedeckt. Wenn Vulkane unter Gletschern ausbrechen, durchdringt die Hitze wie ein Schneidbrenner die Eisdecke. Dabei bilden sich riesige Mengen Schmelzwasser, die sich einen Weg unter der Eisdecke bahnen und als Hochwasserwelle oder „Gletscherlauf“ mit ungeheurer Kraft losschlagen. Im November 1996 brach eine solche Flut aus dem Vatnajökull hervor und zerstörte Teile der Nationalstraße 1 sowie Elektrizitätsleitungen. Als das Wasser abgeflossen war, lagen haushohe Eisblöcke herum, die mitgeschwemmt worden waren. Ende 2004 kam es an der gleichen Stelle erneut zu einem Gletscherlauf, der aber keinen Schaden anrichtete. Der massive Vulkanismus hat eine Insel geschaffen, die den Besucher spüren lässt, dass die Erde lebt: schwarze Lavafelder, Maare, blubbernde Schlammlöcher, große Felder sechseckiger Basaltpfeiler, stinkender Schwefeldampf, Fumarolen, Geysire, Lavahöhlen, Krater. Mehr als 600 Heißwasserquellen entspringen in Island.

GELb, LILA – die erde gibt sich schrill

Der Große Geysir, dessen Wasser vor 100 Jahren noch 70 Meter hoch schoss, hat den Geysiren der Erde den Namen gegeben. Inzwischen hat er an Kraft eingebüßt, und der Strokkur – nicht weit entfernt – hat ihm den Rang abgelaufen. Strokkur speit alle fünf bis zehn Minuten eine 25 Meter hohe Fontäne. Zu den beliebten Ausflugszielen Islands gehört auch Landmannalaugar mit seinen heißen Quellen, eine Region, in der vulkanische Ablagerungen den Bergen unwirkliche Farben geben, von gelb bis lila. Selbst für die vielen Wasserfälle Islands ist der Vulkanismus verantwortlich, denn die harten Basaltschichten bilden Stufen, die das Wasser bewältigen muss. Der bekannteste Wasserfall, der Gullfoss, stürzt über zwei Gesteinsklippen, 15 und 12 Meter hoch, in die Tiefe. Vulkane werden die Isländer auch künftig in Atem halten – obwohl sich der Mittelozeanische Rücken langsam vom Hot Spot entfernt. Vor rund zehn Millionen Jahren lag der Rücken unmittelbar über dem irdischen Schneidbrenner, inzwischen ist er rund 100 Kilometer weiter nach Westen gewandert. Aus welcher Tiefe das heiße Material kommt, darüber streiten die Wissenschaftler. Vielleicht quillt es von der Kern-Mantel-Grenze empor – aus 2900 Kilometer Tiefe. Andere Indizien deuten auf eine flachere Wurzel. Mit seismischen Messungen lässt sich der heiße Fluss rund 400 Kilometer tief deutlich nachweisen, darunter nur noch schwach. Bei rund 1000 Kilometern verliert sich die Spur.

Den Vulkanismus anstacheln könnte auch ein Klimawandel. Ein vergleichbares Ereignis haben Wissenschaftler für die Zeit nach der letzten Eiszeit nachgewiesen. Als es wärmer wurde, verschwand ein Großteil der Gletscher. Die damit verbundene Entlastung hat dazu geführt, dass Tiefengestein aufschmolz. Ursache war der nachlassende Druck im Gestein. Er reduzierte die Schmelztemperatur. Sollte also der Vatnajökull durch den aktuellen Klimawandel abschmelzen, würde das die vulkanische Glut wohl erneut anfachen. Die globale Erwärmung hätte die Isländer in der Zange: Ihnen würde zugleich von oben und von unten eingeheizt. ■

KLAUS JACOB hat für bdw Dutzende von Beiträgen über Vulkanismus verfasst. Er lebt in Stuttgart.

Klaus Jacob

Ohne Titel

Ein paar Fischer bemerkten als erste den Ausbruch. Dunkler Rauch quoll aus dem Meer, nur 120 Kilometer von der Hauptstadt Reykjavik entfernt. Das war am 14. November 1963. In den nächsten Monaten wuchs eine Vulkaninsel aus dem Atlantik, der an dieser Stelle rund 100 Meter tief war. Sie erhielt den Namen Surtsey – nach einem Riesen der nordischen Sagenwelt. Vulkanologen konnten hier ein Phänomen studieren, von dem sie zuvor kaum etwas wussten: phreatomagmatische Eruptionen. Die heiße Gesteinsschmelze ließ das Wasser schlagartig verdampfen, sodass der Ausbruch eine Folge von Wasserdampfexplosionen auslöste. Als der Vulkan im Juni 1967 zur Ruhe kam, war die Insel bis zu 174 Meter hoch und 2,45 Quadratkilometer groß. Schon 1965 wurde sie zum Schutzgebiet erklärt, um beobachten zu können, wie die Natur Stück für Stück das sterile Eiland erobert. Für Touristen ist Surtsey bis heute gesperrt.

Ohne Titel

Agust Gudmundsson ist Isländer und arbeitet seit 2003 als Professor für Vulkanologie an der Universität Göttingen

Haben Sie selbst schon in der Blauen Lagune gebadet?

Ich nicht, aber viele meiner Freunde haben das getan. Es ist die beliebteste Touristenattraktion in Island. Selbst im Winter kommen Besucher. Die Blaue Lagune hat den Vorteil, dass sie in der Nähe des internationalen Flughafens Keflavik liegt. Auf dem Weg von dort – am äußersten Westen der Halbinsel Gullbringusysla – nach Reykjavik fährt man fast daran vorbei.

Wie beurteilen Ihre Bekannten ein Bad im warmen Wasser?

Sie sagen, es sei sehr gemütlich. Das Wasser hat eine hohe Dichte, deshalb hat man das Gefühl, sehr leicht zu sein. Es ist auch gut für die Haut und mit rund 40 Grad Celsius angenehm warm. Außerdem ist die Umgebung schön. Es gibt dort viele Geschäfte und ein Restaurant.

Woher kommt die leuchtend blaue Farbe der Lagune?

Sie stammt von Substanzen im Wasser, vor allem von Kieselerde.

War das Thermalschwimmbad Bestandteil der Kraftwerksplanung?

Nein. Ursprünglich lag das Reservoir, in das man das ausgediente Geothermalwasser einleitete, näher am Kraftwerk. Später hat man umstrukturiert und ein neues Becken gebaut. Daraus wurde die Blaue Lagune.

Ist die Gegend um die Blaue Lagune vulkanisch besonders aktiv?

Die Halbinsel, auf der die Blaue Lagune liegt, ist nicht sehr aktiv. Der letzte Vulkanausbruch liegt schon 600 Jahre zurück und ereignete sich in der Mitte der Halbinsel. Das heiße Wasser, das heute zur Energiegewinnung gefördert wird, kommt aus rund 2000 Meter Tiefe.

Ohne Titel

· Island hat die größte Vulkandichte weltweit.

· Die Isländer decken bereits 72 Prozent ihres Primärenergieverbrauchs aus regenerativen Quellen.

· In wenigen Jahren soll überkritisches Wasser, das besonders energiereich ist, zur Stromerzeugung genutzt werden.

Ohne Titel

Ein paar Fischer bemerkten als Erste den Ausbruch. Dunkler Rauch quoll aus dem Meer, nur 120 Kilometer von der Hauptstadt Reykjavik entfernt. Das war am 14. November 1963. In den nächsten Monaten wuchs eine Vulkaninsel aus dem Atlantik, der an dieser Stelle rund 100 Meter tief ist. Sie erhielt den Namen Surtsey – nach einem Riesen in der nordischen Sagenwelt. Vulkanologen konnten hier ein Phänomen studieren, von dem sie zuvor kaum etwas wussten: phreatomagmatische Eruptionen. Die heiße Gesteinsschmelze ließ das Wasser schlagartig verdampfen, sodass der Ausbruch eine Serie von Wasserdampfexplosionen auslöste. Als der Vulkan im Juni 1967 zur Ruhe kam, war die Insel 174 Meter hoch geworden und auf 2,45 Quadratkilometer angewachsen. Schon 1965 wurde sie zum Schutzgebiet erklärt, um beobachten zu können, wie die Natur Stück für Stück das sterile Eiland erobert. Für Touristen ist Surtsey bis heute gesperrt.

Ohne Titel

SEIT 40 MILLIONEN JAHREN liegt ein „Hot Spot“, ein heißer Fleck, am Mittelozeanischen Rücken im Nordatlantik. Der Meeresboden weitet sich dort zurzeit um knapp zwei Zentimeter pro Jahr. Diese Konstellation führte zu gewaltigen Basaltergüssen (rosa), die im Laufe der Zeit die Grönland-Island-Färöer-Schwelle bildeten. Einzigartig auf dem Globus: Der Mittelozeanische Rücken führt gut 300 Kilometer weit über Land.

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