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2025-12-29T13:08:08Z

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[[Datei:Sulfur dioxide emissions from the Halemaumau vent.jpg|mini|Emissionswolke über dem Krater des [[Halemaʻumaʻu]] (Hawaii)]]
Als '''vulkanische Gase''' werden [[Gas]]e bezeichnet, die im Zuge [[Vulkanismus|vulkanischer Aktivität]] an der [[Erdoberfläche]] austreten. Der Austritt kann entweder in eng umgrenzten Bereichen (z. B. am [[Vulkankrater]], [[Fumarole]]n, [[Solfatare]]n) oder über eine große Fläche diffus aus den Flanken eines [[Vulkan]]s erfolgen.

== Entstehung ==
Beim Aufstieg von [[Magma|Gesteinsschmelze]] im [[Schlot (Geologie)|Schlot]] eines Vulkans werden, bedingt durch den abnehmenden Druck, die bislang in der Gesteinsschmelze gelösten Gase frei und entladen sich mit mehr oder weniger (auch bei 'friedlichen' Eruptionen wird eine Menge Gas freigesetzt) explosionsartigen Ausbrüchen. Auch in einer [[Magmaherd|Magmenkammer]] unterhalb des Vulkans können durch den Prozess der [[Fraktionierte Kristallisation (Petrologie)|fraktionierten Kristallisation]] die flüchtigen Bestandteile bis über die jeweilige [[Sättigungskonzentration|Sättigungsgrenze]] in der Restschmelze angereichert werden, so dass sie dort eine eigene [[Phase (Materie)|Phase]] in Form von [[Blase (Physik)|Gasblasen]] bilden. Bedingt durch den [[Dichte]]unterschied zwischen den Gasen und der umgebenden Schmelze steigen die Gasblasen auf und können so auch ohne gleichzeitige [[Lava]]förderung am Vulkan austreten.

== Zusammensetzung ==
[[Datei:Kratern mit Fumarolen auf Vulcano.jpg|mini|Austritt vulkanischer Gase am Krater des [[Vulcano]] (Italien)]]
An Vulkanen austretende Gase sind normalerweise ein Gemisch verschiedener Stoffe. Hauptbestandteil fast aller vulkanischen Gase sind [[Wasserdampf]] (H2O), [[Kohlendioxid]] (CO2), [[Schwefeldioxid]] (SO2), [[Schwefelwasserstoff]] (H2S), [[Salzsäure]] (HCl) und [[Fluorwasserstoff]] (HF). In wechselnden Prozentanteilen können ferner [[Ammoniak]], einige [[Edelgase]], [[Kohlenmonoxid]], [[Methan]] und [[Wasserstoff]] vorkommen. Die Gasmenge und -zusammensetzung hängt stark von der Natur der [[Magma|Gesteinsschmelze]] ab, aus der sie hervorgehen. Gase, welche aus [[basalt]]ischen Schmelzen freigesetzt werden, sind CO2-dominiert, während [[rhyolith]]ische Magmen insgesamt größere Mengen an hauptsächlich wasserdampf-dominierten Gasen hervorbringen.

== Bedeutung ==
* Vulkanische Gase sind teilweise [[Treibhausgas]]e.
* Das Wasser auf der Erde [[Herkunft des irdischen Wassers|entstammt teilweise vulkanischen Gasen]].
* Die Veränderung der Zusammensetzung vulkanischer Gase kann auf einen bevorstehenden [[Vulkanausbruch]] hinweisen.

Früher glaubte man, dass es vulkanische Gasausbrüche gibt, die sich ohne Förderung von [[Lava]] ereignen. Diese wurden u. a. für die Bildung von [[Maar]]en verantwortlich gemacht, wie sie etwa in der deutschen [[Vulkaneifel]] oder der französischen [[Auvergne]] vorkommen. Inzwischen sind sich die Vulkanologen sicher, dass Maare entstehen, wenn Grundwasser in Kontakt mit [[Magma]] kommt und dann explosionsartig verdampft ([[Phreatomagmatische Explosion]]).

== Wirkungen und Dimensionen ==
Vulkane üben über lange oder 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 Schwefeldioxid und anderen Gasen sowie [[Vulkanische Asche |vulkanischer Asche]] hingegen zu einer stark verminderten [[Sonneneinstrahlung]] und damit Abkühlung am Erdboden führen (→ [[vulkanischer Winter]]). 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="Max-Planck">Thomas Wagner, Christoph Hörmann, Marloes Penning de Vries, Holger Sihler: [http://www.mpg.de/1178589/Ueberwachung_Vulkanemissionen?c=4340138&print=yes ''Globale Überwachung von Vulkanemissionen mit Satelliteninstrumenten''] In: 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>Christoph Kern, Ulrich Platt: [http://scinexx.de/dossier-detail-512-4.html ''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 Halogene wie Brom oder Chlor aus, die im Verdacht stehen, einen erheblichen Einfluss auf den [[Ozonschicht|Ozonhaushalt]] zu haben.<ref>[http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-1590/year-2011/ Aussage von Prof. Dr. Christiane Voigt (Institut für Physik der Atmosphäre): ''Forschungsflüge: DLR untersucht Einfluss von Kondensstreifen und Vulkanemissionen auf das Klima''] In: 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 wird dadurch bestimmt, dass zunächst die Gesamtmenge der Substanz in einem [[Flächeninhalt|Querschnitt]] der Fahne senkrecht zur Ausbreitungsrichtung mit der [[Differenzielle optische Absorptionsspektroskopie|DOAS-Methode]] gemessen wird und diese dann mit der [[Windgeschwindigkeit]] multipliziert. Die Emissionsrate gibt so an, wie viel des Gases pro Zeiteinheit ausgestoßen wird.<ref name="Kern/Platt">Christoph Kern, Ulrich Platt: [http://scinexx.de/dossier-detail-512-7.html ''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 dem [[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="Kern/Platt" />

== Entwicklung der Forschung ==
In neuerer Zeit wurden die Instrumente zur 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]] zum ersten Mal DOAS-Messungen in Vulkanfahnen vor. Zwar waren [[Spektroskopie|spektroskopische]] Messungen von Schwefeldioxid in Vulkanfahnen mit anderen Verfahren schon seit den 1970er Jahren 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 Halogen- und Stickoxide, detektieren.<ref>Christoph Kern, Ulrich Platt: [http://scinexx.de/dossier-detail-512-5.html ''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 Magmas geben könnten, z. B. Aufsteigevorgänge anzeigen und damit auch Ausbrüche ankündigen könnten. Hierzu fanden und finden Forschungen mittels systematischer Messungen statt, z. B. am [[Popocatépetl]] ([[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>

Verbessert wurden auch die Möglichkeiten, vulkanische Emissionen mit Hilfe von [[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]] zu ermitteln. Seit dem Start des [[Global Ozone Monitoring Experiment]]s (GOME) im Jahr 1995 haben sich durch die bessere spektrale Abtastung die Nachweisgrenzen deutlich verringert. Weitere Instrumente mit ähnlichen Eigenschaften ([[SCIAMACHY]], [[Aura (Satellit)|OMI]], GOME-2) sind seither hinzugekommen. Durch diese besseren Nachweisgrenzen und die größere räumliche Abdeckung bieten Satelliteninstrumente einer globalen Überwachung der Vulkanaktivität und Quantifizierung der Emissionen kann der atmosphärische Transport von Vulkanemissionen oft über längere Zeiten verfolgt werden. Vulkane in entlegenen Regionen können durch Satellitenbeobachtung zum ersten Mal vermessen werden.<ref name="Max-Planck" />

Ergebnisse eines internationalen Wissenschaftsteams unter Leitung der Universität Southampton (UK) und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel weisen darauf hin, dass vor 56 Millionen Jahren die globalen Durchschnittstemperaturen um mindestens 5 Grad angestiegen sind. Ursache sollen starke Freisetzungen von [[Kohlenstoffdioxid]] (CO2) aus dem Mittelatlantischen Rücken sein. Der Nachweis gelang 2017 durch die chemische Untersuchung von fossilen [[Foraminiferen]], deren Zusammensetzung vom [[pH-Wert]] des Ozeans abhängt. Der CO2-Gehalt der [[Erdatmosphäre|Atmosphäre]] verdoppelte sich damals über einen Zeitraum von 25.000 Jahren von 800 [[Parts per million]] (ppm) auf über 2000 ppm. Der heutige Wert liegt bei ca. 400 ppm.<ref>{{Internetquelle |autor=Gutjahr, M., A. Ridgwell, P. F. Sexton, E. Anagnostou, P. N. Pearson, H. Pälike, R. D. Norris, E. Thomas and G. L. Foste |url=https://www.geomar.de/news/article/vulkanisches-co2-als-ursache-globaler-erwaermung-vor-56-millionen-jahren |titel=Vulkanisches CO2 als Ursache globaler Erwärmung vor 56 Millionen Jahren? |hrsg=GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Wischhofstr. 1–3
24148 Kiel |datum=2017-08-30 |sprache=de |abruf=2022-01-04}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Vulkanfahne]]

== Literatur ==
* [[Hans-Ulrich Schmincke]]: ''Vulkanismus''. Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt, 2000, ISBN 3-534-14102-4.
* 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, S. 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, 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]
* Thomas Wagner, Christoph Hörmann, Marloes Penning de Vries, Holger Sihler: [http://www.mpg.de/1178589/Ueberwachung_Vulkanemissionen?c=4340138&print=yes ''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])

== Weblinks ==
* [http://volcanoes.usgs.gov/hazards/gas/index.php Vulkanische Gase beim USGS] (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Vulkanismus]]
[[Kategorie:Gas]]

Vulkanisches Gas - Versionsgeschichte

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