12.06.2012

DESY-Röntgenlicht enthüllt Ozonkiller aus Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche können zu großen Ozonlöchern führen. Das schließt ein Team von Kieler und Hamburger Helmholtz-Forschern aus der Analyse von Vulkangestein aus Nicaragua. Mit Hilfe einer neuen Röntgentechnik am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in Hamburg konnten die Wissenschaftler dabei erstmals den Bromgehalt in den Vulkangasen abschätzen.

Lichtmikroskopische Aufnahme einer Vulkangestein-Probe (oben) und die Brom-Konzentration in dem runden Einschluss (unten)

Das Team um Steffen Kutterolf vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel hatte 14 Vulkanausbrüche der vergangenen 70.000 Jahre in Nicaragua untersucht. Dabei interessierten sich die Forscher besonders für die Anteile von Chlor und Brom in den Vulkangasen. Beide Elemente gehören zu den Halogenen und bauen Ozon ab, wenn sie hoch genug in die Stratosphäre gelangen.

Mit der DESY-Röntgenquelle DORIS durchleuchteten die Wissenschaftler feinste Glaseinschlüsse in Mineralen, die sich während vergangener Ausbrüche noch in der Magmakammer des Vulkans gebildet hatten. In diesen oft nicht einmal 0,1 Millimeter kleinen Einschlüssen ist die damalige Zusammensetzung der Schmelze gespeichert.

"Das Röntgenlicht regt die chemischen Elemente in den Einschlüssen zum Leuchten an", erläutert DESY-Forscherin Karen Appel die Untersuchungen. "Dabei fluoresziert jedes Element bei anderen, typischen Wellenlängen, wodurch wir es identifizieren können. Die Stärke des Leuchtens erlaubt die Bestimmung der Elementgehalte." Die Ergebnisse verglichen die Wissenschaftler mit der Zusammensetzung von Lavagestein, das sich bei den jeweiligen Ausbrüchen gebildet hatte. Die Differenz erlaubt eine Abschätzung des Gasgehaltes.

Die Analysen zeigten, dass die Brom- und Chlorkonzentrationen in der Stratosphäre durch die 14 untersuchten Eruptionen durchschnittlich jeweils auf das Zwei- bis Dreifache der Konzentration des Jahres 2011 stiegen. Allein die Upper Apoyo Eruption blies vor 24.500 Jahren 120 Megatonnen Chlor und 600.000 Tonnen Brom in die Stratosphäre.

„Wenn eine prähistorische Eruption Brom und Chlor zusammen mit Sulfat-Aerosolen in die Atmosphäre freisetzt, kann das zu einem massiven Ozonabbau führen“, betont GEOMAR-Meteorologin Kristin Krüger. Sie stellte die Untersuchungen jetzt auf einer Fachtagung in Island vor.

Der Ozonabbau kann große Teile der Erde betreffen. Denn in der Stratosphäre werden die Gase sehr weit transportiert – sogar bis in die Polarregionen. „Wie stark der chemische Ozonabbau auftritt, ist aber ein Thema für weitere Forschungen“, sagt Krüger. Vulkanische Gase können bis zu sechs Jahre in der Stratosphäre verweilen, auch wenn die deutlichsten Auswirkungen großer explosiver Eruptionen wie des Pinatubos 1991 auf den Philippinen innerhalb der ersten zwei Jahre zu beobachten sind.

„Als nächstes muss die Forschung herausfinden, wie viel Schaden vulkanische Gase der Ozonschicht in der Vergangenheit genau zugefügt haben, um daraus abzuleiten, welche Schäden zukünftige Subduktions-Eruptionen auch in der Zukunft verursachen könnten“, betont Kutterolf.