Vulkanausbrüche

Die Verwandlung des Eisens in der Aschewolke

Bricht ein Vulkan aus, kann das klimarelevante Folgen haben: Vulkanasche, die bis zum Ozean getragen wird, wirkt im Wasser als natürlicher Dünger. Geophysiker Gholam Ali Hoshyaripour untersucht das Phänomen.

Hamburg. Bricht ein Vulkan aus, kann das klimarelevante Folgen haben: Vulkanasche, die bis zum Ozean getragen wird, löst dort unter Umständen eine Algenblüte aus. Verantwortlich dafür ist Eisen, das sich in der Asche befindet. Es löst sich im Meerwasser auf und bringt – als natürlicher Dünger – Algen zum Wachsen. Dabei entziehen diese der Atmosphäre CO2 und binden es in ihre Biomasse ein, was sich positiv auf das Klima auswirkt. Das Faszinierende dabei: Aus dem Vulkankrater kommend ist das Eisen nicht löslich, im Meer hingegen löst es sich auf. Wie es dazu kommt, war bisher nicht erforscht.

Da es unmöglich ist, während eines Vulkanausbruchs Proben zu nehmen, setzen meine Kollegen und ich vom Exzellenzcluster CliSAP Computermodelle ein, mit denen wir die Realität abzubilden versuchen. Dabei simulieren wir mit Rechengleichungen die physikalischen und chemischen Prozesse, die sich in der heißen Wolke aus Asche und Gas abspielen. Damit können wir beispielsweise untersuchen, unter welchen Bedingungen sich die chemischen Verbindungen in der Rauchwolke verändern. Spielen die unterschiedlichen Hitzegrade in der Rauchfahne eine Rolle? Oder etwa die Plattentektonik unterhalb des Vulkans, die für den Ausbruch verantwortlich ist?

Tatsächlich spielt sich in der Aschewolke eine Reihe von Prozessen ab, die die chemische Zusammensetzung des Eisens verändern und es sprichwörtlich „auflösen“: Der Vulkan spuckt anfangs bei etwa 1000 Grad eine große Menge an Aschepartikeln und Gasen aus. Vulkanasche ist aber mit herkömmlicher Asche nicht zu vergleichen. Man stellt sie sich besser als kleinste Lavafetzen vor. Mein Modell zeigte mir, was genau passiert, wenn sich der Rauchschwaden auf seinem rasanten Weg in die Atmosphäre abkühlt. Bei etwas weniger als 100 Grad kondensiert Wasserdampf und bildet eine Art Hülle um die Aschepartikel. Die entstandenen Tröpfchen absorbieren die umgebenden Gase wie Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff. Dadurch werden die Tröpfchen zu Säure, beispielsweise hochätzender Salzsäure, und greifen die Oberfläche der Aschepartikel an. Derart angeätzt, werden Eisenionen aus den Partikeln gelöst. Diese sind nun wasserlöslich.

Mithilfe meines Modells habe ich herausgefunden, welche Prozesse die Eisenlöslichkeit von Vulkanasche beeinflussen. Jetzt möchte ich mein Modell weiter verbessern, um noch genauere Untersuchungen durchzuführen. Beispielsweise gehe ich im Moment noch von einer trockenen Atmosphäre aus. Bricht ein Vulkan jedoch in einer Tropenregion aus, beeinflusst das feuchte Klima die Kondensation des Wassers. Ob ein feuchtes Umfeld mehr oder weniger Eisen aus der Asche löst, könnte wichtig sein – entsprechend stark oder weniger stark wäre dann die Algenblüte im Meer.

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