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{{QS-Geowissenschaften|Knacknüsse=Ja|Die Definition des Lemmas ist unbelegt und wahrscheinlich mindestens unvollständig. In der [[Diskussion:Vulkanfahne|Diskussion]] kamen Zweifel daran auf, ob der Begriff überhaupt lemmafähig ist. In dem als Quelle dienenden Artikel kommt er eher am Rande vor. Der Inhalt des Artikels passt unter [[Vulkanisches Gas]]. Eine andere Lesart ist, dass eine Weiterleitung nach [[Eruptionssäule]] ausreichen würde, was mangels beteiligten Expertenwissens jedoch nicht sicher ist. --[[Benutzer:Sitacuisses|Sitacuisses]] ([[Benutzer Diskussion:Sitacuisses|Diskussion]]) 23:13, 26. Dez. 2012 (CET)}}
[[Datei:Ash and Steam Plume, Soufriere Hills Volcano, Montserrat.jpg|mini|Nicht nur Asche: Kondensierender Wasserdampf, vorher gasförmig aus dem Krater entwichen, zeigt, wie der Wind die heißen aufsteigenden Gase zu der typischen Vulkanfahne verweht. Hier der Vulkan [[Soufrière Hills]] auf [[Montserrat]].]]
[[Datei:Mount Erebus 6.jpg|mini|Kondensierender Wasserdampf zeigt die Vulkanfahne des [[Mount Erebus]], [[Ross-Insel]], [[Antarktis]]]]
[[Datei:MountRedoubtEruption.jpg|mini|[[Eruptionssäule]] des [[Mount Redoubt (Alaska)|Mount Redoubt]] am 21. April 1990, [[Alaska]]]]
[[Datei:Halemaʻumaʻu crater2.jpg|mini|Vulkanfahne des [[Halemaʻumaʻu]]-Kraters in der [[Caldera (Krater)|Caldera]] des [[Kīlauea]]-Vulkans im [[Hawaiʻi-Volcanoes-Nationalpark]]]]

Als '''Vulkanfahne''' werden in der aktuellen [[Vulkanologie]] die [[Emission (Umwelt)|Emissionen]] bezeichnet, die ein [[Vulkan]] in die [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] abgibt. Diese bestehen manchmal aus festen Partikeln ([[Vulkanische Asche]]) und immer auch aus [[Vulkanisches Gas|vulkanischem Gas]]. Während der Begriff [[Umgangssprache|umgangssprachlich]] oft nur die [[Visuelles System|sichtbare]] [[Wolke]] meint, die von einem Vulkan ausgeht, bezeichnen Vulkanologen damit auch die für das Auge unsichtbaren, nur mit ihren Instrumenten sicht- und messbaren Gasemissionen, die Vulkane z. T. dauernd auch außerhalb von Ausbrüchen und sichtbaren Aktivitäten abgeben.

Während eines [[Vulkanausbruch]]s, meist einer Zeit sehr starker Emissionen, wenn [[Lava]] und Lavafragmente mit hohem Druck z. T. hunderte Meter hoch in die Atmosphäre geschleudert werden, bezeichnet man die Vulkanfahne als [[Eruptionssäule]].

In der Literatur wird das Phänomen vulkanischer Emissionen in die Atmosphäre auch mit den Begriffen ''Rauchfahne'' oder ''vulkanische Emissionen'' bezeichnet.

Die Vulkanasche-Emissionen werden heute bevorzugt mit [[Lidar]] (Light Detection And Ranging) gemessen, einem [[Fernerkundung]]sinstrument, das mit Hilfe von [[Laser]]strahlen die Konzentration der Staubpartikel in der Aschewolke messen kann. In der breiten Öffentlichkeit wurde dieses Verfahren bekannt, als 2010 das [[Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt|Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt]] (DLR) mit Hilfe eines Lidar, montiert auf einer [[Dassault Falcon 20|Falcon 20E]], die als Forschungsflugzeug des DLR, die Vulkanfahne des Vulkans [[Eyjafjallajökull]] vermaß, um festzustellen, ob der Luftraum wieder für Flugzeuge sicher war.<ref>[http://raonline.ch/pages/edu/st/volcspec01001b02.html ''Der Vulkan ruft – DLR-Messflüge über Island.'']</ref>

Die [[Vulkanisches Gas|Gasemissionen von Vulkanen]] werden seit etwa 150 Jahren untersucht. Es hat sich gezeigt, dass fast alle Vulkane [[Wasserdampf]] (H2O), [[Kohlendioxid]] (CO2), [[Schwefeldioxid]] (SO2) und [[Wasserstoffchlorid]] (HCl) ausgasen.<ref>Nicole Bobrowski: ''Gasemissionen, gelesen wie Hieroglyphen.'' In: ''[[Forschung (Zeitschrift)|forschung]]'' – Das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 2/2012, S. 6.</ref> Die Messungen der Gasemissionen werden heute bevorzugt mittels der Technik der [[Differenzielle optische Absorptionsspektroskopie|Differenziellen optischen Absorptionsspektroskopie]] durchgeführt.<ref name="Bobrowski_7">Nicole Bobrowski: ''Gasemissionen, gelesen wie Hieroglyphen.'' In: ''forschung'' – Das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 2/2012, S. 7.</ref>
Nach heutiger Kenntnis geht man davon aus, dass [[Halogen]]e in heißem [[Magma]] deutlich besser löslich sind als [[Schwefel]], während Schwefel deutlich besser löslich ist als Kohlendioxid. Beim Aufsteigen des Magmas wird daher zuerst das Kohlendioxid ausgegast, dann gasförmiger Schwefel und zuletzt Halogene wie [[Chlor]], [[Brom]] und [[Fluor]].<ref name="Bobrowski_7" /> [[Brommonoxid]] wurde zuerst 2002 in einer Vulkanfahne nachgewiesen, und zwar der des Vulkans [[Soufrière Hills]] auf der [[Karibik]]insel [[Montserrat]].<ref>Nicole Bobrowski: ''Gasemissionen, gelesen wie Hieroglyphen.'' In: ''forschung'' – Das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 2/2012, S. 8.</ref>

== Wirkungen und Dimensionen ==
Vulkane üben über lange und im Einzelfall auch über kurze Zeiträume mit ihren Gasemissionen einen großen Einfluss auf das Leben auf der Erde aus.
* Über geologische Zeiträume hinweg betrachtet stellen vulkanische CO2-Emissionen einen potentiellen Klima-Rückkopplungsmechanismus dar, der die Erde wahrscheinlich vor einer dauerhaften globalen Vereisung bewahrt hat.
* Im Bereich von Jahren kann die Emission von Spurenstoffen und Asche hingegen zu einer stark verminderten Sonneneinstrahlung und damit Abkühlung am Erdboden führen. So wurde 1991 in den Jahren nach der Eruption des philippinischen Vulkans [[Pinatubo]] eine Abnahme der atmosphärischen Temperaturen um etwa 0,5 Grad gemessen.
* Ein besonderes eindrucksvolles Beispiel für die verheerende Wirkung von Vulkanausbrüchen auf das Klima stellt das sogenannte [[Jahr ohne Sommer]] dar (1816), in dem es in [[Nordamerika]] und [[Europa]] zu teilweise katastrophalen Missernten und Hungersnöten kam. Auch in Eisbohrkernen lassen sich Ascheschichten großer Vulkanausbrüche nachweisen, die mit verminderten Temperaturen verbunden waren.<ref name="GOS">[http://www.mpg.de/1178589/Ueberwachung_Vulkanemissionen?c=4340138&print=yes Thomas Wagner, Christoph Hörmann, Marloes Penning de Vries, Holger Sihler: ''Globale Überwachung von Vulkanemissionen mit Satelliteninstrumenten'', Forschungsbericht 2011 – Max-Planck-Institut für Chemie]</ref>

Ein Beispiel für die Dimension der Gasemissionen in Vulkanfahnen ist der Vulkan [[Popocatépetl]], der etwa 60 km von der 20-Mio.-Einwohneragglomeration [[Mexiko-Stadt]] entfernt ist. In Zeiten erhöhter Aktivität etwa im Zeitraum zwischen März 1996 und Januar 1998 hatte der Popocatépetl wiederholt Ausbrüche, bei denen zeitweise über 10.000 Tonnen Schwefeldioxid pro Tag in die Atmosphäre gelangten. Das entsprach etwa einem Viertel der gesamten anthropogenen – vom Menschen verursachten – Schwefelemissionen [[Europa]]s und etwa der Hälfte der Emissionen Mittel- und [[Südamerika]]s zusammen.<ref>[http://scinexx.de/dossier-detail-512-4.html Christoph Kern, Ulrich Platt: ''Feuerberg über der Millionenstadt. Die Sache mit dem vulkanischen und menschengemachten Schwefeldioxid.''] In: ''[[Scinexx]]'' Stand: 1. Oktober 2010; abgerufen am 30. Dezember 2012.</ref>

Vulkane stoßen große Mengen [[Halogen]]e wie etwa Brom oder Chlor aus, die einen erheblichen Einfluss auf den [[Ozonschicht|Ozonhaushalt]] haben.<ref>[http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-1590/year-2011/ Christiane Voigt (Institut für Physik der Atmosphäre): ''Forschungsflüge: DLR untersucht Einfluss von Kondensstreifen und Vulkanemissionen auf das Klima'', Presseinformation des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) vom 7. Oktober 2011]</ref>

== Mengenbestimmung der austretenden Gase ==
Die Emissionsrate eines Gases aus einem Vulkan bestimmen die Wissenschaftler dadurch, dass sie zunächst die Gesamtmenge der Substanz in einem [[Flächeninhalt|Querschnitt]] der Fahne senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit der DOAS-Methode messen und diese dann mit der [[Windgeschwindigkeit]] multiplizieren. Die Emissionsrate gibt z. B. an, wie viel SO2 pro Sekunde, Tag oder Jahr ausgestoßen wird.<ref name="KP_Entfernung">[http://scinexx.de/dossier-detail-512-7.html Christoph Kern, Ulrich Platt: ''In sicherer Entfernung… Vulkangasmessung weit weg vom gefährlichen Krater''] In: ''Scinexx'', Stand: 1. Oktober 2010.</ref>

Die Windgeschwindigkeit wurde früher ermittelt durch Windmessungen am Boden oder am Kraterrand. Diese erwiesen sich aber als aufwendig, ungenau und manchmal sogar gefährlich. Die erhaltenen Daten waren auch nur bedingt repräsentativ für die tatsächlich in der Vulkanfahne herrschende Windrichtung und Geschwindigkeit. Heute wird das DOAS-Verfahren für die sogenannte Korrelationsmethode verwendet, wobei das DOAS-Gerät in schnellem Wechsel auf zwei windabgewandte Blickrichtungen gerichtet wird. Das Verfahren nutzt die Tatsache aus, dass die Vulkanfahne nicht homogen durchmischt ist und die Gase eher ungleichmäßig verteilt sind. Somit ergibt sich für jede der Blickrichtungen eine strukturierte Zeitreihe. Jedes Mal, wenn eine Wolke mit erhöhter Schwefeldioxidkonzentration vorbeizieht, meldet erst der eine, kurze Zeit später der andere Messpunkt ein Maximum.
Der Zeitversatz entspricht der Zeit, die die Vulkanfahne benötigt, um von der einen Blickrichtung zur anderen zu gelangen. Aufgrund der Kenntnis des [[Winkel]]s zwischen den Blickrichtungen und den [[Abstand]] zur Vulkanfahne, kennt man damit auch den Abstand der zwei Blickrichtungen voneinander in der Fahne. Die Windgeschwindigkeit errechnet sich demnach aus dem [[Quotient]]en von Abstand und Zeitversatz.<ref name="KP_Entfernung" />

== Entwicklung der Forschung ==
In neuerer Zeit wurden die Instrumente zu Beobachtung von Vulkanemissionen deutlich verbessert. 2001 nahmen Forscher der Arbeitsgruppe Atmosphäre und Fernerkundung des Instituts für Umweltphysik der [[Universität Heidelberg]] zusammen mit Wissenschaftlern der Chalmers University of Technology, [[Göteborg]], [[Schweden]] ersten Mal DOAS-Messungen in Vulkanfahnen vor. Zwar waren [[Spektroskopie|spektroskopische]] Messungen von Schwefeldioxid in Vulkanfahnen mit anderen Verfahren schon seit den 1970ern durchgeführt werden, jedoch erlaubte die neue Methode die Konstruktion viel kleinerer und dadurch handlicherer Instrumente. Auch konnten die Forscher zum ersten Mal neben Schwefeldioxid auch eine Vielzahl weiterer Spurengase, wie zum Beispiel Halogen- und Stickoxide, detektieren.<ref>[http://scinexx.de/dossier-detail-512-5.html Christoph Kern, Ulrich Platt: ''Warten auf den Ernstfall. Was wäre wenn der Popocatépetl ausbricht?''], in Scinexx, Stand: 1. Oktober 2010; abgerufen am 30. Dezember 2012</ref>

Das unterschiedliche Lösungsverhalten der verschiedenen Gase im Magma hat zu der Überlegung geführt, ob Veränderungen der Gasemissionen Hinweise über das Verhalten des Magma geben könnten, z. B. Aufsteigevorgänge anzeigen und damit auch Ausbrüche ankündigen könnten. Hierzu fanden und finden Forschungen mittels systematischer Messungen statt, z. B. am [[Popocatepetl]] ([[Mexiko]]), [[Masaya (Vulkan)|Masaya]] ([[Nicaragua]]), [[Ätna]] ([[Italien]]), [[Gorely]], [[Mutnovsky]] (beide [[Kamtschatka]]) und [[Nyiragongo]] ([[Demokratische Republik Kongo|Kongo]]). Am Popocatepetl, Masaya und Ätna wurden Dauermessstationen eingerichtet.<ref>Nicole Bobrowski: ''Gasemissionen, gelesen wie Hieroglyphen.'' S. 9.</ref>

Stark verbessert wurden auch die Möglichkeiten vulkanische Emissionen mit Hilfe von Satelliten zu messen. Seit dem Start des [[Global Ozone Monitoring Experiment]]s (GOME) im Jahr 1995 haben sich durch die verbesserte spektrale Abtastung die Nachweisgrenzen deutlich verringert. Weitere Instrumente mit ähnlichen Eigenschaften ([[SCIAMACHY]], [[Aura (Satellit)|OMI]], GOME-2) sind später hinzugekommen. Durch diese stark verbesserte Nachweisgrenzen und die umfassende räumliche Abdeckung eröffnen moderne Satelliteninstrumente einen erheblich erweiterten Zugang zur globalen Überwachung der Vulkanaktivität und Quantifizierung ihrer Emissionen. So kann etwa der atmosphärische Transport von Vulkanemissionen oft über mehrere Tage hinweg anhand von Satellitenbeobachtungen verfolgt werden (in Einzelfällen über Zeiträume bis über einen Monat). Dadurch ließen sich Einflüsse von Vulkanen von regionaler bis globaler Skala untersuchen. Außerdem konnten Vulkane in entlegenen Regionen durch Satellitenbeobachtung überhaupt zum ersten Mal vermessen werden.<ref name="GOS" />

== Außerirdische Vulkanfahnen: der Jupitermond Io ==
[[Datei:PIA01081-Color Mosaic and Active Volcanic Plumes on Io.jpg|mini|Zwei Vulkanfahnen auf [[Jupiter (Planet)|Jupitermond]] [[Io (Mond)|Io]]]]
Auf dem [[Jupiter (Planet)|Jupitermond]] [[Io (Mond)|Io]] entdeckte man drei Vulkanfahnen, zwei kleine, die von den Vulkanen [[Prometheus (Vulkan)|Prometheus]] und Amirani ausgehen, und die bis 290 Kilometer hochreichende Vulkanfahne des Tvashtar.<ref>[http://www.astronoo.com/en/io.html Io the galilean moon] Abschnitt: ''Io the volcanic moon''</ref> Siehe auch [[Vulkanismus auf dem Jupitermond Io]].

== Literatur ==
* A.J. Krueger: ''Sighting of El Chichon sulfur dioxide clouds with the Nimbus 7 Total Ozone Mapping Spectrometer''. Science 220, 1277–1379 (1983).
* C. Seftor, N. Hsu, J. Herman, P. Bhartia, O. Torres, W. Rose, D. Schneider, N. Krotkov: ''Detection of volcanic ash clouds from Nimbus 7/total ozone mapping spectrometer.'' Journal of Geophysical Research 102 (D14), 16749–16759 (1997).
* N. Bobrowski, G. Hönninger, B. Galle, U. Platt: ''Detection of bromine monoxide in a volcanic plume''. Nature 423, 273–276, [[doi:10.1038/nature01625]] (2003).
* S. Guo, G.J.S. Bluth, W.I. Rose, I.M. Watson, A.J. Prata: ''Re-evaluation of SO2 release of the 15 June 1991 Pinatubo eruption using ultraviolet and infrared satellite sensors''. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 5, Q04001, [[doi:10.1029/2003GC000654]] (2004).
* M.F. Khokhar, C. Frankenberg, M. Van Roozendael, S. Beirle, S. Kuhl, A. Richter, U. Platt, T. Wagner: ''Satellite observations of atmospheric SO2 from volcanic eruptions during the time-period of 1996-2002''. Advances in Space Research 36 (5), Atmospheric Remote Sensing: Earth’s Surface, Troposphere, Stratosphere and Mesosphere – I, pp. 879–887, [[doi:10.1016/j.asr.2005.04.114]] (2005).
* N. Theys, M. Van Roozendael, B. Dils, F. Hendrick, N. Hao, M. De Mazière: ''First satellite detection of volcanic bromine monoxide emission after the Kasatochi eruption''. Geophysical Research Letters 36, L03809, [[doi:10.1029/2008GL036552]] (2009).
* S. Guo, G.J.S. Bluth, W.I. Rose, I.M. Watson, A.J. Prata: N. Theys, M. Van Roozendael, B. Dils, F. Hendrick, N. Hao, M. De Mazière: ''First satellite detection of volcanic bromine monoxide emission after the Kasatochi eruption.'' Geophysical Research Letters 36, L03809, [[doi:10.1029/2008GL036552]] (2009).
* B.W. Levin, A.V. Rybin, N.F. Vasilenko, A.S. Prytkov, M.V. Chibisova, M.G. Kogan, G.M. Steblov, D.I. Frolov: ''Monitoring of the eruption of the Sarychev Peak Volcano in Matua Island in 2009 (central Kurile islands)''. Doklady Earth Sciences 435 (1), 1507–1510 (2010).
* Christoph Kern: ''Spectroscopic measurements of volcanic gas emissions in the ultra-violet wavelength region'' (Spektroskopische Messungen von Vulkangasemissionen im ultra-violetten Wellenlängenbereich). Dissertation, 2009.
* Christoph Kern, Ulrich Platt: [http://www.uni-heidelberg.de/presse/ruca/2010-1/03tele.html ''Telegramm aus der Tiefe'', Ruperto Carola, Ausgabe 1/2010]
* Leif Vogel: ''Volcanic plumes: Evaluation of spectroscopic measurements, early detection, and bromine chemistry (Deutsche Übersetzung des Titels: Vulkanfahnen: Auswertung spektroskopischer Messungen, Früherkennung und Bromchemie)'', Dissertation 2011, Dauer-URL auf dem Heidelberger Dokumentenserver: [http://www.ub.uni-heidelberg.de/archiv/13219 ub.uni-heidelberg.de].
* [http://www.mpg.de/1178589/Ueberwachung_Vulkanemissionen?c=4340138&print=yes Thomas Wagner, Christoph Hörmann, Marloes Penning de Vries, Holger Sihler: ''Globale Überwachung von Vulkanemissionen mit Satelliteninstrumenten.'' Forschungsbericht 2011 – Max-Planck-Institut für Chemie].
* Nicole Bobrowski: ''Gasemissionen, gelesen wie Hieroglyphen.'' In: ''[[Forschung (Zeitschrift)|forschung]]'' – Das Magazin der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 2/2012, S. 4–9 ([http://www.dfg.de/download/pdf/dfg_magazin/wissenschaft_oeffentlichkeit/forschung_magazin/2012/forschung_2012_02.pdf online: PDF; 3,34 MB]).

== Siehe auch ==
* [[Vulkanisches Gas]]

== Weblinks ==
* Christoph Kern, Ulrich Platt: [http://www.scinexx.de/dossier-detail-512-7.html ''In sicherer Entfernung… Vulkangasmessung weit weg vom gefährlichen Krater.''] In: ''[[Scinexx]]'', Stand: 1. Oktober 2010

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Vulkanismus]]

Vulkanfahne - Versionsgeschichte

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