Kitabı oku: «Klimaschutz und 1,5 °C Leitplanke?», sayfa 3

Die heute von den meisten Geologen vertretene Theorie zur Plattentektonik geht, wie oben dargestellt, von langsamen Konvektionsströmen aus, die sich durch den Wärmeübergang zwischen dem heißen Erdkern und dem Erdmantel ergeben. Schon während des Zweiten Weltkrieges zeigten Untersuchungen mit den (ursprünglich zur U-Boot-Abwehr entwickelten) Sonaren, dass der Meeresboden unterirdische Gebirge und Gräben aufweist. Es war der amerikanische Geologe Harry H. Hess, der im Jahre 1962 mit seiner Veröffentlichung „History of Ocean Basins“ („Geschichte der Meeresbecken“) eine Lösung für den Ursprung der Plattentektonik vorschlug. (31) Im Wesentlichen behauptete Hess, dass an den unterirdischen Gebirgen Gestein austritt, und dass die Kontinente passiv auf Erdmantelmaterial auseinanderbewegt werden. Es gab also keine „Kontinental-Verschiebung“, sondern eine Ausdehnung des Meeresbodens. Man nennt den Mechanismus deshalb Ozeanboden-Spreizung (Seafloor-spreading). (32) Die Vorgänge unter den Meeren und die Bewegung der Kontinente hängen also eng zusammen. Es wird angenommen, dass zwei Prozesse für die Ozeanspreizung verantwortlich sind. Einmal schiebt, infolge der Schwerkraft, das Gewicht des ozeanischen Gebirges den Rest der Platte meistens in Richtung einer Subduktionszone (engl.: „ridge-push“). Da andererseits die kalte ozeanische Platte ein höheres spezifisches Gewicht hat als das heiße Mantelmaterial, wird diese, nach dem Prinzip des Archimedes, an der Subduktionszone unter die darüber liegende Platte gezogen. Welcher der beiden Prozesse dominiert ist ungewiss (Abb. 17 und 18).

Abb. 17: oben: Ein ozeanischer Gebirgszug (oceanic ridge), der, wegen der Plattentektonik, in seiner Mitte (Achse) einen Graben hat. rechts: Schematische Darstellung, wie eine ozeanische „Kruste“ bei der Gebirgsbildung (Mitte) entsteht, während diese an einem Tiefseegraben (unten) unter die darüber liegende Platte „gezogen“ wird. (33)

Abb. 18: Querschnittzeichnung der Plattentektonik mit den Haupttypen der Plattengrenzen – gemäß der aktuellen Theorie. (34)

Wie in Abschnitt 3.1.1 beschrieben, entsteht an den Mittelozeanischen Rücken neue Erdkruste. Diese driftet durch die Ozeanbecken und versinkt in der Nähe der Tiefseegräben, den Subduktionszonen, wieder im Erdmantel. Vgl. auch Abb. 81, S. 185. Man nennt diesen Zyklus auch Kreislauf der Gesteine.

Da die Erde eine gegebene endliche Oberfläche und während der letzten 600 Millionen Jahre ihre Größe kaum verändert hat, kann die Krustenbildung von ca. 2 cm pro Jahr nicht unablässig weiter wachsen. Es muss also auch eine „Krustenvernichtung“ geben, die mit der Krustenbildung im Gleichgewicht steht. Dieser der Krustenbildung gegenteilige Prozess findet, wie oben beschrieben, durch ein Abtauchen der Ozeanböden an den Subduktionszonen, auch Tiefseegraben genannt, meist in der Nähe zu einem Kontinent (Abb. 17 und 18) statt. Dabei werden die Gesteine der absinkenden ozeanischen Kruste wieder eingeschmolzen, sodass ein globaler Kreislauf der Gesteine entsteht. Die submarinen Gebirge (mid-ocean ridges) durchziehen alle Ozeane. Sie sind untereinander verbunden und bilden mit ca. 60.000 km die längste Gebirgskette der Erde (Abb. 19).

Abb. 19: Das globale System der Meeresgebirge. (35)

Aus den thermischen Modellen ergibt sich, dass die Erde keine starre Kugel ist, sondern ein dynamisches Gebilde. Die Konvektionsbewegungen im Innern der Erde sind letztendlich verantwortlich für die an der Oberfläche beobachteten Plattenbewegungen, der Drift der Kontinente. Trotz der oben dargestellten schlüssigen Beweise für die Hess’sche Hypothese der Seebodenspreizung, fehlte eine wirklich überzeugende Bestätigung der Grundidee. Erst mit Hilfe der Paläomagnetik sollte der fehlende Nachweis der Richtigkeit der Hess’schen Hypothese gelingen.

Etwa zur gleichen Zeit als die Theorie der Seebodenspreizung vorgeschlagen wurde, war auch bekannt, dass, aus noch ungeklärten Gründen, der magnetische Nord- und Südpol der Erde unregelmäßig ihre Lage vertauschen. Solche Umpolungen, die etwa alle Millionen Jahre erfolgen, konnten in den magnetischen Aufzeichnungen fossiler übereinanderliegender Lavaergüsse nachgewiesen werden. (36) Es war Ende der Fünfziger Jahre, als mehrere Expeditionen den Auftrag hatten, den magnetischen Charakter des Meeresbodens zu vermessen, in der Erwartung, dass der Meeresboden weitestgehend regelmäßige magnetische Eigenschaften aufweisen würde. Überraschenderweise war jedoch das Ergebnis, dass der basaltische Meeresboden ein Streifenmuster aufwies, das im Wesentlichen parallel zu den Ozeanrücken verlief.

Außerdem stellte man fest, dass diese „Zebrastreifen“ auf der einen Seite eines submarinen Gebirges symmetrisch mit den Streifen auf der anderen Seite in Breite und Polarität zusammenpassten (Abb. 20).

Abb. 20: Eine moderne Karte der symmetrisch magnetischen Anomalien in der Nähe des Nordatlantischen Rückens, südlich von Island (nach Hiertzler et al. 1966). (37)

Da die meisten Felsen magnetische Materialien wie z. B. Magnetit (Fe2O4), Hämatit (Fe2O3) enthalten, bleibt bei der langsamen Erstarrung von Magma oder Ablagerung von Sedimenten die Magnetisierung, die diese Gesteine im damaligen Erdfeld angenommen haben, erhalten. Die dabei entstehende Streifenstruktur, die weltweit übereinstimmt, erlaubt eine Altersbestimmung der Ozeanböden. Nahe des Mittelozeanischen Rückens, den Quellzonen, ist der Boden sehr jung, nach außen wird er immer älter. Die Ergebnisse der magnetischen Messungen werden als eine Bestätigung für die Seebodenspreizung und die Kontinentaldrift gesehen. (37)

Es sind also nicht die Kontinente selbst, die sich gegeneinander verschieben, sondern die Erdteile, auf denen sie passiv sitzen. Diese Teile sind es, die auseinander- und zusammendriften, weil sie auf dem zähflüssigen Magma der Erde schwimmen. Die Plattendynamik ist auch eine mögliche Erklärung für die Orogenese, die Gebirgsbildung an den Plattenrändern. Die Orogenese ist ein komplizierter Prozess, den wir bis heute nur teilweise erklären können.

Welche Auswirkungen haben nun die langsam über Millionen von Jahren laufenden plattentektonischen Prozesse auf das Klima?

Wenn auch die Kontinentaldrift für uns Menschen mit unserer kurzen Lebensspanne ein kaum wahrnehmbarer Vorgang ist, sind die globalen und langfristigen Auswirkungen gleichwohl von gravierender Bedeutung. Die magnetischen Messungen bestätigen die bereits oben gemachten Ausführungen, wonach die Konfiguration der Kontinente die entscheidende Rolle für das Klima spielt. So führt in geologischen Zeiträumen die Kontinentaldrift zu der Schließung oder Öffnung von Meeresarmen, was sowohl die ozeanische wie auch die atmosphärische Zirkulation derart verändern kann, dass der Transport von Wärme und Feuchtigkeit in ganz andere Richtungen gelenkt wird. Beide Systeme spielen für das Wettergeschehen die wichtigste Rolle. Weiters besteht ein auffälliger Zusammenhang zwischen Vulkanismus und der Plattentektonik. So sind Vulkanismus und Erdbeben Ausdruck der spannungsreichen plattentektonischen Prozesse. Auch sie beeinflussen Klima und Umwelt und können Lebensräume von heute auf morgen zerstören.

Als logische Fortsetzung zu den obigen Ausführungen werden wir uns nun mit dem Vulkanismus und den Auswirkungen der großen Zirkulation der Atmosphäre und der Meeresströmungen beschäftigen.

3.1.2 Vulkanismus

Man nimmt an, dass sich zuerst in dem solaren Urnebel kilometergroße Körper formten, sogenannte Planetesimale. In einer solch dicht besiedelten Scheibe könnte dann ein kollisionsgetriebenes Wachstum eingesetzt haben, das zur Bildung der Planeten führte. So entstand zunächst auch eine Protoerde mit etwa einem Zehntel der heutigen Erdmasse. Die Uratmosphäre wird durch den intensiven Sonnenwind „weggeblasen“, da sie wegen der hohen Temperaturen und der damals geringen Gravitationskraft des Erdkörpers nicht gehalten werden konnte. (38)

Vor etwa 4,2 Milliarden Jahren erreichte die Erde ihre gegenwärtige Größe und konnte sich über Wärmestrahlung soweit abkühlen, dass sich flüssiges Wasser, das noch siedend heiß war, auf ihr halten konnte. Es kam zu einem extrem langen Dauerregen von etwa 40.000 Jahren, an dessen Ende sich die Ozeane gebildet hatten. Gleichzeitig wurden durch heftigen Vulkanismus unglaubliche Gasmengen nach außen befördert, die zur Bildung einer neuen Atmosphäre beitrugen. Vulkanismus und Atmosphäre sind offensichtlich seit der Entstehung der Erde eng miteinander verknüpft.

Was ist nun Vulkanismus?5 – Vulkanismus ist der Transport von Material (fest, flüssig gasförmig) und Wärme aus dem Inneren eines planetaren Körpers in seine Kruste und/oder seine Oberfläche. (39) Dabei nennt man die unter der Oberfläche befindliche glutflüssige, gashaltige Gesteinsschmelze Magma. Die an die Oberfläche austretende Gesteinsschmelze nennt man Lava (1.000 bis 1.300 °C warm).

Wie schon angedeutet kann der Vulkanismus der Erde nur zusammen mit der Plattentektonik, den konvergierenden und divergierenden Platten, verstanden werden. Die Plattentektonik ist der Motor des Vulkanismus. Von den heute ca. 550 aktiven Vulkanen sitzen rund 90 % an den Plattenrändern, den Schwächezonen (Subduktionszonen) der Erde. Die meisten und heftigsten Vulkanausbrüche befinden sich dabei an den Konvergenzgrenzen der pazifischen Platte, dem sogenannten „Pacific Ring of Fire“, Abb. 21.

Abb. 21: Der „Ring of Fire“ ist ein direktes Ergebnis der Plattentektonik. Er ist ca. 40.000 km lang und eine Region mit vielen schweren Erdbeben und Vulkanausbrüchen. (40) Die Vulkane sind als rote Punkte eingezeichnet.

Der „Feuerring“ ist die Heimstatt von rund 452 Vulkanen und damit von über 75 % der aktiven und schlafenden Vulkane der Erde. Auch ca. 90 % aller Erdbeben ereignen sich entlang des Feuerrings. (41) Interessant ist, dass es an der Andreas-Verwerfung bei Kalifornien keine Vulkanaktivitäten gibt. Die Erklärung ist, dass an dieser Stelle keine konvergente, sondern eine Transformplattengrenze vorliegt. Deshalb ereignen sich in diesem Gebiet „nur“ Erdbeben! (s. hierzu die Definition der Plattengrenzen. S. 55 f)

Im Gegensatz zu den kollidierenden Platten im Feuerring ist eine zweite Gruppe von Vulkanen an den Grenzen der divergierenden Platten des Mittelozeanischen Rückens angesiedelt. Die gesamten heutigen Ozeanböden entstanden in den letzten 200 Millionen Jahren, indem die Trennungsnarben der auseinanderdriftenden Platten mit basaltischen Lavaströmen der Vulkane aufgefüllt wurden. Ein Prozess, der bis heute anhält. An einigen Stellen der Erde reichen die Basaltmassen der Ozeanischen Rücken bis über den Meeresspiegel und bilden Inseln. Ein Beispiel hierfür ist Island. Messungen haben ergeben, dass sich Island im Zustand der Dehnung befindet. Die Platten entfernen sich jährlich etwa 2 cm voneinander. Der Vulkanismus sorgt für ständigen Nachschub von geschmolzenem Gesteinsmaterial aus dem Erdinneren, sodass die Insel nicht auseinander bricht.

Unabhängig von Plattengrenzen finden sich auch inmitten von Kontinenten und Ozeanen auftretende Vulkangruppen. Sie entstehen durch thermische Anomalien im tieferen Erdmantel, der Asthenosphäre, und werden Hot Spots genannt. Die Theorie des Hot Spot-Vulkanismus wurde erstmals 1963 von dem Geologen John Tuzo Wilson formuliert. (42) Hot Spots sind lokale, ortsstete und über lange geologische Zeiträume hinweg bestehende Aufschmelzschlote, die sogenannte Mantel-Plume, unterhalb der Lithosphäre. (43) Da sich die Lithosphärenplatten schneller bewegen als die Asthenosphäre (Ort des Hot Spots), schweißt sich das Mantelmaterial durch die Platte und bildet nach und nach Vulkangebäude, die solange mit Schmelze versorgt werden, wie sie oberhalb der Mantelanomalie liegen. Auf diese Weise entstehen ozeanische Vulkanketten wie die Hawaii-Inseln.

Abb. 22: Hawaiianische Inselkette, ein Ergebnis des Hot Spot-Vulkanismus. Die meisten Inseln in den Ozeanen sind vulkanischen Ursprungs. (43)

Neben der Hawaiianischen Inselkette, das bekannteste Ergebnis des Hot Spot-Vulkanismus, gibt es viele andere Hot Spots. Manche liegen nahe divergierender Plattengrenzen, andere sind nahe des Mittelozeanischen Rücken-Systems angesiedelt, wie unter Island, den Azoren und den Galapagos Inseln.

Wie die Abb. 22 unten zeigt, nimmt das Alter der Inseln von Hawaii nach Nordwesten zu.

Aus radiometrischen Altersbestimmungen wissen wir heute, dass Hawaii, die größte und südöstlichste Insel des Archipels, weniger als eine Million Jahre alt ist, während die kleine nordwestliche Insel Kauai ein Alter von etwa 5,6 Millionen Jahren aufweist. Diese Altersverteilung spricht eindeutig dafür, dass sich die pazifische Platte derzeit in Nordwest-Richtung über einen stationären Hot Spot hinweg bewegt. (44)

Die Explosivität eines Vulkanausbruchs wird nach dem VEI (volcanic explosivity index) gemessen. Der VEI ist eine logarithmische Skala mit 9 Stufen (0–8), wobei die Erhöhung um eine Stufe einer Verzehnfachung der Explosivität entspricht. Ausgenommen ist der Übergang von 0 auf 1, was einer Verstärkung um den Faktor 100 entspricht. Gemäß Definition entspricht ein VEI von 0 der effusiven Tätigkeit, bei der nur Lavaströme, oder Lavaseen entstehen. (45) Effusionen der Stärke 0–1 werden „Hawaiianische Eruptionen“ genannt; sie sind typisch für die Vulkane Hawaiis. Das Magma enthält wenig Gas und ist mit ca. 1.000 °C dünnflüssig. Eine „Strombolianische Tätigkeit“, benannt nach dem daueraktiven Vulkan Stromboli vor Sizilien, wird mit VEI 1–2 definiert. Die Durchschnittshöhe der Eruptionen beträgt wenige 100 m. Die „Vulkanische Tätigkeit“, benannt nach dem Vulkan Vulcano, wird mit VEI 3–4 bewertet. Hier kommt es zu stärkeren Explosionen, wobei Partikel bis zu 20 km hochgeschleudert werden. Die „Plinianischen Eruptionen“, benannt nach Plinius dem Jüngeren, werden mit einem VEI von 5–8 bewertet. Bei diesen kraftvollen Ausbrüchen können schirmförmige Eruptionswolken bis zu 60 km hoch aufsteigen.

Aktivitäten, bei denen sich ausschließlich Pyroklastische Ströme (Feststoff-Gas-Dispersion, die sich sehr schnell mit bis zu 400 km/h und 800 °C heiß hangabwärts bewegt), Glutwolken und Glutlawinen bilden, nennt man „Peleanische Eruption“. Sie sind nach dem Vulkan Pelée auf Martinique in der Karibik benannt. Bei einer Eruption im Jahre 1902 wurde die Stadt Saint-Pierre von einer Glutwolke zerstört, wobei 29.000 Menschen starben.

Abb. 23: Verschiedene Ergüsse beim Ausbruch eines Vulkans. (46)

Tephra ist ein Sammelbegriff für alle festen Materialien, Lava, Asche oder Gestein, die ein Vulkan ausstößt. Lahare sind Schlammströme, die neben Wasser aus 60–85 % Feststoffen bestehen. Mit ihrer großen Geschwindigkeit, 4–8 m/Sekunde, und dem damit verbundenen Massentransport sind sie eine große Gefahr für die in Vulkangebieten ansässige Bevölkerung.

Dome (Lavapropf) entstehen durch Aufstauen hochviskoser, an der Oberfläche fast erstarrter Magmen. Sie können explodieren oder kollabieren. Häufig entstehen dabei pyroklastische Ströme. Vulkanausbrüche sind ein wichtiger Faktor natürlicher Klimaschwankungen. Einen nennenswerten Einfluss auf das globale Klimasystem haben insbesondere hochexplosive Vulkanausbrüche, da dann große Mengen von Aerosolen6 bis in die Stratosphäre geschleudert werden können. Ein weiterer wichtiger Faktor für einen Klimaeffekt ist die geographische Breite von Eruptionen. Insbesondere Vulkanausbrüche in Äquatornähe haben einen globalen Klimaeffekt, da hier die Zirkulation in der Stratosphäre die Aerosole um den ganzen Globus transportiert.

Systematische Analysen der Atmosphäre mit Hilfe von Flugzeugen und Satelliten zeigten, dass Ascheteilchen innerhalb weniger Tage ausgewaschen werden und damit nur einen kurzfristigen Einfluss auf das Klima haben. Die dagegen länger in der unteren Stratosphäre verbleibenden Aerosole haben eine kühlende Wirkung. Der abkühlende Effekt dieser Aerosole entsteht durch Rückstreuung des einfallenden Sonnenlichts, also Erhöhung der planetaren Albedo7, und Absorption langwelliger Strahlung, Abb. 24 unten.

Abb. 24: Gasausstoß bei einer Vulkaneruption. In der obigen Reaktionsformel bedeutet „hv“ ultraviolette Strahlung. Durch die UV-Strahlung dissoziieren (trennen sich) die Wassermoleküle (SO2 + hv + OH = H2SO4 à Erwärmung). (48)

Der Ausbruch des Tambora auf der Insel Sumbawa in Indonesien am 11. April 1815 hat dies eindrucksvoll bewiesen. Bei diesem gewaltigen Naturereignis, mit einem VEI von 7, wurden innerhalb weniger Tage 50 km Lockermaterial und Aschepartikel in die Atmosphäre geblasen. Die Folgen nahmen globales Ausmaß an. Es gab ca. 90.000 Tote. In Europa und dem Osten der USA kam es zu erheblichen Ernteausfällen und Hungersnöten. Das Jahr 1816 ist als „Jahr ohne Sommer“ in die Geschichte eingegangen. Zeitlich fiel die Tambora-Eruption mit dem Dalton-Minimum, einer Epoche niedriger Sonnenflecken-Relativzahl, zusammen (Abb. 10, S. 41 oben), was eine ergänzende Erklärung für den ungewöhnlich langen und starken Abkühlungseffekt sein könnte.

Mit großer Deutlichkeit geht auch aus Abb. 25 hervor, wie das globale Temperaturverhalten vorübergehend einem vulkanischen Einfluss unterliegt. Dies zeigt sich in der jüngeren Geschichte nach dem Ausbruch des mexikanischen Vulkans El Chichon im Jahre 1982 und des philippinischen Vulkans Pinatubo im Jahre 1991. So wird die Temperaturdämpfung durch den Ausbruch des El Chichon für 1983 auf 0,2 °C geschätzt. Ein Hinweis, wie sensibel das Klima auf eine Änderung des solaren Strahlungsflusses reagiert.

Abb. 25: Koinzidenz von Temperaturänderungen und Vulkanismus. (49) Die Umrechnungsformel von Grad Fahrenheit(°F) in Grad Celsius (°C) lautet: TC = 5/9 (TF-32)

Die obige Temperaturkurve ist geglättet, was auch aus dem Hinweis, dass es während des Betrachtungszeitraumes mindestens 75 größere Temperaturausschläge gegeben habe, hervorgeht.

Bisher haben wir uns mit dem Vulkanismus der Neuzeit von wenigen tausend Jahren beschäftigt. Verglichen mit größeren Ausbrüchen in der geologischen Vergangenheit könnte man ihn, trotz seiner globalen Auswirkung, als mäßig bezeichnen. Im Laufe der Erdgeschichte gab es wahrscheinlich Perioden extremer vulkanischer Tätigkeit, die auch zu Massenaussterben beigetragen haben könnten, Abb. 26 unten. Schon im Ordovizium, vor etwa 430 Millionen Jahren, gab es eine Katastrophe, die zur Extinktion von etwa 50–60 % aller Lebewesen führte. Später im Devon vor ca. 370 Millionen Jahren erlitt das Leben einen weiteren Rückschlag.

Vor ca. 250 Millionen Jahren, am Ende des Perms, geschah wohl das größte Aussterbeereignis der Erdgeschichte. Es wird vermutet, dass damals 95 % aller Lebewesen ausstarben. Abgeleitet ist der Name Perm vom Ort des Geschehens, dem ehemaligen russischen Gouvernement Perm am Fuße des Uralgebirges, wo der Supervulkan explodierte.

Zu den Massensterben gibt es verschiedene Erklärungen. Dabei sind die üblichen Verdächtigen, von Meteoriteneinschläge über Strahlung einer Supernova bis zum extremen Vulkanismus oder eine Kombination aller. Eine ehrliche Antwort wäre: Wir wissen es nicht.

Es gibt keine gesicherten Beweise dafür, dass das Massenaussterben und extremer Vulkanismus in ursächlichem Zusammenhang stehen. Die zeitliche Übereinstimmung der beiden Ereignisse wird jedoch als Hinweis auf eine ursächliche Verbindung gesehen.

Abb. 26: Die fünf größten Aussterbeereignisse der Erdgeschichte. (50)

Nach gängiger Meinung der meisten Geologen dürfte der Prozess bis zur Massen-Extinktion wie folgt verlaufen sein: Im unteren Perm, vor 250 Millionen Jahren, war durch die Kollision der Großkontinente der Superkontinent Pangäa entstanden (S. 47, u. Abb. 12). Ein starker Vulkanismus und eine Gebirgsbildungsphase, variszische Orogenese genannt, während u. a. der Ural aufgefaltet wurde, waren das Ergebnis dieser Kollision. In Sibirien konnte eine extrem starke Vulkantätigkeit mit einem VEI von 8, für Vulkanologen ein Supervulkan, nachgewiesen werden. Diese Eruptionen übertrafen mit Abstand alle bisherigen Vulkanausbrüche. Als Folge geschah wahrscheinlich das größte bekannte Massenaussterben der Erdgeschichte.

Das vulkanische Ereignis dauerte etwa eine Million Jahre. Die bei dem Ausbruch ausgestoßene Menge an basaltischer Lava bedeckt heute noch ca. 2 Millionen km². Schätzungen der durch die ursprünglich ausgestoßene Lava bedeckten Fläche belaufen sich auf bis zu 7 Millionen km². Die Mächtigkeit des Flussbasalts, auch Trapp genannt, beträgt mehr als 3.000 m. Die daraus abgeleitete Menge an ausgeflossener Basaltlava wird auf einen bis 4 Millionen km3 geschätzt. (51)

Offen bleibt noch die Frage, welche Auswirkungen die Explosion des Supervulkans auf das Klima hatte. Bei der Interpretation der Auswirkungen der Tambora-Eruption 1815 war das Ergebnis, dass es zu einer Abkühlung der Atmosphäre kam. Wie wir wissen, werden bei Vulkanausbrüchen nicht nur Aerosole mit einem negativen Temperatureinfluss, sondern auch sogenannte Treibhausgase wie Kohlendioxid CO2 und Methan CH4 gefördert, die einen gegenteiligen Effekt haben. In der Bilanz scheinen die temperatursenkenden Effekte zu überwiegen, was nach einem Ausbruch, wie des Tambora, zu dem beobachteten kühlen Sommer und kalten Winter führte. Der Grund für das Massensterben im Perm soll jedoch eine Temperaturerhöhung, sowohl der Atmosphäre als auch der Meere, um ca. 5 °C gewesen sein. Durch diese starke Erwärmung der Meere sollen große Mengen von Methanhydrat, auch Methaneis genannt, das in gefrorenem Zustand unter dem Meeresboden lagert, aufgetaut sein, was zur Freisetzung gewaltiger Mengen von Methan führte. Da das „Treibhauspotential“ von Methan rund 30 Mal größer ist als von Kohlendioxid, dürfte es zu einer weiteren Erwärmung um 5 °C gekommen sein. Als Ergebnis dieser Hypothese bleibt, dass eine globale Temperaturerhöhung um 10 °C ausreichte, um das Massensterben auszulösen. (52) Die Temperaturkurve in Abb. 7 zeigt am Übergang vom Perm zur Trias diesen Ausreißer.

Die angeführten, zum Teil kontroversen Interpretationen über die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen auf das Klima zeigen, dass unsere Schlussfolgerungen von großer Unsicherheit geprägt sind. Rückblickend können wir über die räumliche Verteilung der ausgestoßenen Aerosole genau so wenig sichere Aussagen machen wie über ihre Menge oder Ausbreitung. Dasselbe gilt natürlich auch für die Abschätzung der Auswirkung eines Vulkanausbruchs in der Zukunft.

Da Supervulkane eine schicksalhafte Bedeutung für das Leben auf der Erde haben können, sollen ihr Charakter und Vorkommen noch kurz dargestellt werden (Abb. 27).

Abb. 27: Markierte Supervulkane, die in den letzten 2 Millionen Jahren tätig waren, zeigen Regionen auf der Erde an, wo weitere Ausbrüche möglich sind. (53) Sie schlummern unter allen Kontinenten.

Eine klare Definition für Supervulkane gibt es nicht. Erkennbar sind sie an den unvorstellbar großen und extrem gefährlichen Ausbrüchen. Mit einem VEI 8 sind die Eruptionen eines Supervulkans 10 bis 1.000 Mal stärker als die von „gewöhnlichen“ Vulkanen. Ein derartiger Ausbruch wäre in seinen Auswirkungen mit dem Einschlag eines Asteroiden von 1 km Durchmesser vergleichbar. Allerdings ist der Ausbruch eines Supervulkans 5 bis 10 Mal wahrscheinlicher als der Einschlag eines Asteroiden. Wie man den Medien immer wieder entnehmen kann, arbeiten Astronomen und Ingenieure gemeinsam an der Möglichkeit, Asteroiden frühzeitig zu erkennen, um sie dann zu zerstören bzw. vom Kurs abzulenken und damit eine Katastrophe zu verhindern. Die Gewalt eines Supervulkans zu beeinflussen ist dagegen nicht einmal als Science Fiction-Szenario denkbar. Die Menschheit sitzt auf einem Pulverfass, dessen Zündung sie weder voraussehen, noch beeinflussen kann.

(Wer mehr über Vulkane wissen möchte, dem empfehle ich im Internet folgende Seiten: www.geology.sdu.edu/how_volcanoes_work: für allgemeine Informationen und www.mpimet.mpg.de/en/wissenschaft/working-groups/super-volcanoes.html: eine Seite, in der die Supervulkane Yellowstone (USA, 640.000 Jahre vor heute) und der indonesische Supervulkan Toba (74.000 Jahre vor heute) für Simulationszwecke auserwählt wurden.)

Abb. 28: Querschnitt durch den Supervulkan Long-Valley-Caldera, im östlichen Kalifornien an der Grenze zu Nevada. (54)

Supervulkane sind in der Landschaft kaum zu erkennen, da ihre Ausmaße das menschliche Gesichtsfeld sprengen. So ist die elliptische Yellow-Stone-Caldera in den USA mit Abmessungen von 45 x 75 km so groß, dass sie erst auf Satellitenbildern deutlich erkennbar ist. Bei Ausbrüchen hinterlassen Supervulkane keine Vulkankegel wie „normale“ Vulkane, sondern riesige Calderen (Einbruchskessel) im Boden (Abb. 28). Ein weiteres Merkmal für Supervulkane ist eine besonders große Magmakammer unter dem Vulkangebiet. So ist die Magmakammer des Yellowstones-Vulkans 60 km lang, 40 km breit und 10 km hoch. Sie umfasst ca. 24.000 km³ Magma! Ein Ausbruch des Yellow-Stone-Vulkans erscheint möglich. Etwa alle 600.000 Jahre kommt es dort zur Katastrophe. Die letzte große Eruption liegt 640.000 Jahre zurück, eine neue ist also längst fällig! Ein Ausbruch würde den Westen der USA total verwüsten. Im 1.000 km entfernten Los Angeles ginge ein Regen nieder, der die Region mit 30 cm Asche bedecken würde. Bekanntlich vernichtet bereits eine Ascheschicht von 1 cm jede Ernte.

Mit dem Ausbruch würden auch Milliarden Tonnen von Schwefeldioxid in die Atmosphäre gelangen und sich mit dem Wasserdampf zu Schwefelsäure verbinden. Der Abkühlungseffekt der Aerosole könnte die Temperatur bis zu 10 °C über Jahre sinken lassen. Eine lang anhaltende Temperatursenkung könnte schließlich eine neue Eiszeit auslösen. Aber auch in Europa lauert die Gefahr einer apokalyptischen Katastrophe durch die Eruption eines Supervulkans. Geologen haben zwei dieser „schlafenden Riesen“ entdeckt. Zum einen unter den Phlegräischen Feldern bei Neapel und zum anderen im östlichen Mittelmeer nahe der griechischen Insel Kos.

Der Menschheit ist in geologisch junger Vergangenheit schon zwei Mal der Ausbruch eines Supervulkans widerfahren. Letztes Beispiel ist der Ausbruch des Taupo auf Neuseeland, der vor 26.500 Jahren ausbrach. Vor 74.000 Jahren vernichtete der Ausbruch des Tobas auf Sumatra fast die gesamte Menschheit. Genforschungen zufolge soll der durch den Ausbruch entstandene „Vulkanische Winter“ die Menschheit auf ca. 10.000 Überlebende dezimiert haben, was fast das Ende des homo sapiens bedeutete. Das Leben auf der Erde hat also schon vieles überstanden. Wie sich die Apokalypse einer „Supervulkan-Eruption“ ankündigen würde, wissen die Wissenschaftler nicht, wir wissen nur, dass die nächste globale Katastrophe mit 100 %-iger Sicherheit kommen wird. (55) Die Frage lautet also nicht ob, sondern wann?

Offensichtlich ist Vulkanismus eine Naturgewalt mit vielen Gesichtern. Vulkane zählen zu den faszinierendsten Naturphänomenen unserer Erde. Mindestens 500 Millionen Menschen leben in der Nähe aktiver Vulkane. Durch die Plattentektonik und der damit verbundenen Erdbeben und Vulkanausbrüche ist ihr Leben andauernd bedroht. Das jüngste tragische Beispiel ist das Erdbeben auf Haiti am 12. Januar 2010, bei dem es mehr als 250.000 Tote gab. Die zweitgrößte Insel der Großen Antillen, Hispaniola, mit den Staaten Haiti und Domenika, liegt auf dem berüchtigten „Feuerring“, wo die karibische und die nordamerikanische Platte zusammenstoßen (Abb. 21).

Als Folgerung kann festgehalten werden, dass der Vulkanismus seit Bestehen unseres Planeten einen großen Einfluss auf das Klima und das Leben hat. Mangels genügend Möglichkeiten zur Erfassung der weltweit vorhandenen und sich dauernd ändernden Ausgasungen aktiver und „schlummernder“ Vulkane bestehen viel zu große Unsicherheiten um sowohl die permanenten Auswirkungen vulkanischer Aktivitäten, als auch die Wirkung eines Ausbruchs auf das Klima vorhersagen zu können. Hierzu müsste nicht nur die Menge, sondern auch Art und Verteilung der Aerosolpartikel bekannt sein, was in zuverlässiger Weise nicht möglich ist. Ohnehin befinden sich die meisten vulkanischen Aktivitäten auf der Erde im submarinen Bereich, vor allem im Mittelozeanischen Rücken.

Die bei Vulkanausbrüchen verstärkt entstehenden Aerosole bewirken nicht nur einen Abkühlungseffekt durch teilweise Reflektion der Sonnenenergie, sondern sind auch maßgeblich an der Bildung von Wolken beteiligt. Erfahrungsgemäß bildet sich unter normalen atmosphärischen Bedingungen kein Wolkentropfen, ohne dass Staubpartikel oder ein anderes „Schwebeteilchen“ als Kondensationskern daran beteiligt ist. In unserer Wahrnehmung des Wetters sind Wolken das eindrucksvollste Phänomen. Ihr Einfluss auf das Klima ist ambivalent. Einerseits kühlen sie die Erde durch Reflektion der Sonnenstrahlen, andererseits dämpfen sie die Wärmeausstrahlung der Erde, wodurch z. B. während der Nacht die Temperatur langsamer zurückgeht. Trotz ihrer herausragenden Bedeutung für das Klima ist unsere Kenntnis der Wolken ungenügend, weshalb gegenwärtige Computer-Modelle die Entstehung realer Wolken auch nicht nachvollziehen können. (56) Es bleibt damit, wie in anderen wesentlichen Prozessen des Klimawandels, die Problematik, dass wichtige Vorgänge nicht richtig verstanden und deshalb auch nicht richtig beschrieben werden können. (57) Mit ein Grund, warum, auch für Computer-Modelle zu Wettervorhersagen und damit auch zur Klimaentwicklung, Wolken und Aerosole große Unsicherheitsfaktoren sind.

Allerdings wissen auch die Klimaforscher, dass heutige Klimamodelle noch weit davon entfernt sind, die physikalische Komplexität des Klimasystems im Rechner auch nur annähernd abzubilden.

3.1.3 Zusammenfassung

In unseren Augen scheint der Planet Erde unwandelbar zu sein. Nach Auffassung der Geologen entspricht jedoch der Anblick nur einer Momentaufnahme, einer zufälligen, vorübergehenden Anordnung von Land und Meer. Der vor 4,6 Milliarden Jahren entstandene Planet ändert sich von Tag zu Tag in seinem eigenen, geologischen Rhythmus. Die Erde ist ein lebender, unruhiger Planet. Verantwortlich hierfür ist die – zum ersten Mal von dem deutschen Wissenschaftler Alfred Wegener beschriebene – sogenannte Kontinentalverschiebung. Sie besagt, dass sich die Kontinente auf der Erdkruste schwimmend langsam bewegen und sich dabei über Jahrmillionen vereinigen und wieder aufspalten. So entstehen Ozeane, Gebirge schieben sich nach oben, während andere, von der Erosion abgetragen, wieder verschwinden. (58) Die einzelnen Kontinentalplatten bewegen sich dabei mit ca. 0,5 bis 10 cm pro Jahr,