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Vulkanausbruch bei Grindavík: Wie lassen sich vulkanische Prozesse nutzen?
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Am 18. Dezember 2023 begann auf der isländischen Halbinsel Reykjanes ein Vulkanausbruch, der vierte auf der Halbinsel innerhalb von drei Jahren. Lavafontänen stiegen auf, und der Schein war von Reykjavík aus sichtbar. Der Ausbruch ereignete sich an der Kraterreihe Sundhnúkagígar nahe dem Kraftwerk Svartsengi und Grindavík. Die Stadt war im November wegen Erdbeben und Magmabewegungen evakuiert worden.
Dem Ausbruch ging ein starker Erdbebenschwarm voraus. Etwa zwei Stunden später trat Lava aus. Erste Berichte beschrieben eine Förderrate, die ungefähr zehnmal so hoch war wie die Spitzenwerte der drei vorherigen Ausbrüche auf der Halbinsel. Die Eruptionsspalte verlängerte sich rasch auf etwa vier Kilometer.
Nach rund 800 Jahren ohne Ausbrüche auf Reykjanes begann 2021 eine neue aktive Phase. Die einzelnen Vulkansysteme der Region haben allerdings unterschiedliche Ausbruchsgeschichten.
“Im Kontext der letzten drei Jahre auf der Reykjanes‑Halbinsel ist das ziemlich verblüffend.”
– Tom Winder, Vulkanseismologe an der Universität Island, in einem Interview.
Die drei vorherigen Ausbrüche auf der Halbinsel fanden 2021, 2022 und im Sommer 2023 statt. Eine frühere aktive Phase auf Reykjanes endete im 13. Jahrhundert. Bei den jüngsten Spalteneruptionen gelangte Magma durch Risse in der Erdkruste an die Oberfläche.
Der Ausbruch erregte internationale Aufmerksamkeit, auch wegen der Erinnerung an die Aschewolke des Eyjafjallajökull, die 2010 den Flugverkehr beeinträchtigte. Bei Sundhnúkagígar galt eine vergleichbare Ascheproduktion als unwahrscheinlich, da die Lava nicht unter einem Eisschild austrat.
Bereits am ersten Tag nahm die Intensität ab. Zunächst war die Dauer ungewiss, doch dieser Ausbruch endete am 21. Dezember 2023.
Island beherbergt etwa 130 Vulkane und liegt an der Grenze zwischen der Eurasischen und der Nordamerikanischen Platte. Die Platten bewegen sich am Mittelatlantischen Rücken auseinander; auch ein Mantelplume trägt zum Vulkanismus bei. Ausbrüche treten wiederholt auf, folgen aber keinem verlässlich vorhersagbaren Zeitplan. Katla brach unter anderem 1721, 1755, 1823, 1860 und 1918 aus. Das Ausbleiben neuer Erdbeben beweist nicht, dass ein Ausbruch unmittelbar bevorsteht.
Vulkane zu unserem Vorteil nutzen
Island gehört zu den vulkanisch aktiven Gebieten der Erde. Ein Vulkan ist eine Öffnung oder ein System von Öffnungen, durch die Magma, Asche und Gase an die Oberfläche gelangen können. Vulkane kommen an Land und auf dem Meeresboden vor.
Laut NASA kann Magma dort entstehen und aufsteigen, wo Platten auseinanderdriften, eine Platte unter eine andere abtaucht oder ein Hotspot liegt. Vulkanform und Eruptionsverhalten hängen unter anderem von Zusammensetzung, Viskosität und Gasgehalt des Magmas sowie seinem Weg zur Oberfläche ab.
Mehr als 80 Prozent der Erdoberfläche einschließlich des Meeresbodens sind vulkanischen Ursprungs. Rund 1.500 Vulkane an Land gelten als potenziell aktiv; ein beträchtlicher Anteil liegt in den Vereinigten Staaten.
Vulkanausbrüche können Menschenleben fordern und Städte unter Lava oder Asche begraben. Vulkanische Prozesse können zugleich fruchtbare Böden für die Landwirtschaft und Lagerstätten mit Gold, Silber, Nickel, Kupfer oder Blei schaffen. Im Folgenden werden einige Nutzungsmöglichkeiten vulkanischer Wärme und Materialien vorgestellt.
Geothermische Energieerzeugung
In vulkanischen Gebieten liegt starke Erdwärme häufig relativ nahe an der Oberfläche. Heißes Wasser kann direkt für Gebäudeheizung und Fernwärme genutzt werden. Davon zu unterscheiden sind oberflächennahe Erdwärmepumpen, die auch außerhalb vulkanischer Gebiete heizen und kühlen können.
Geothermische Stromerzeugung nutzt heiße Flüssigkeiten oder Dampf aus Bohrungen. Dampf kann Turbinen antreiben; in einem Binärkraftwerk wird die Wärme auf ein anderes Arbeitsmedium übertragen. Geothermie kann kontinuierlich Strom liefern. Leistung und Umweltwirkungen hängen jedoch vom Standort und von der Technik ab.
Viele Länder, wie Neuseeland, die Philippinen, Costa Rica und Island, und Bundesstaaten wie Kalifornien, Hawaii und Utah in den USA, nutzen geothermische Energie, die aus vulkanischer Aktivität stammt , für die allgemeine Stromerzeugung.
Nach Angaben der kenianischen Regulierungsbehörde EPRA lieferte Geothermie im Geschäftsjahr 2022/2023 rund 45,4 Prozent der erzeugten Elektrizität. El Salvador nutzt geothermischen Strom unter anderem für das Bitcoin-Mining.
Ormat Technologies (ORA ) entwickelt Geothermieprojekte. Das Unternehmen wurde 2021 als vorgesehener EPC-Auftragnehmer für das geplante 30-MW-Projekt Makushin bei Unalaska in Alaska ausgewählt; damit war die Anlage noch nicht in Betrieb. Volcano Energy und Luxor Technology Corporation gründeten 2023 Lava Pool, den ersten Bitcoin-Mining-Pool El Salvadors. Die Energiepläne behandeln wir auch in unserem Beitrag über erneuerbare Energien und Bitcoin-Mining in El Salvador. Ein Mining-Pool ist kein Kraftwerk: Volcano Energy plant in der ersten Energiephase 241 MW Solar- und Windkraft; Geothermie gehört zur zweiten Phase.
Landwirtschaft
Durch die Verwitterung vulkanischer Asche und anderer Auswurfmaterialien können fruchtbare Böden entstehen, darunter Andisole. Ihre Eigenschaften hängen von Ausgangsmaterial, Alter und Klima ab. Die Minerale können Nährstoffe wie Magnesium und Kalium freisetzen.
Frische Asche macht einen Acker nicht sofort fruchtbar und kann Pflanzen schädigen. Nährstoffe werden erst allmählich durch Verwitterung freigesetzt. Fein gemahlenes Gestein auf Feldern wird als Methode zur Bodenverbesserung und CO2-Bindung untersucht: beschleunigte Gesteinsverwitterung, auf Englisch Enhanced Rock Weathering.
Eine Studie im AGU-Fachjournal Earth’s Future modelliert, wie fein gemahlenes vulkanisches Gestein auf Äckern zur CO2-Entnahme beitragen kann. Besonders aussichtsreich erscheint der Ansatz in warmen, feuchten Tropengebieten. Die Ergebnisse hängen von den örtlichen Bedingungen und der Anwendung ab.
Tourismus und Erholung
Vulkanische Gebiete locken mit Wanderwegen, heißen Quellen, Landschaften und geologischem Erbe. Der Tourismus kann örtlichen Gemeinschaften Einkommen verschaffen. Bekannte Beispiele sind Fagradalsfjall in Island, Cumbre Vieja in Spanien, der Ätna in Italien, Sakurajima in Japan und Popocatépetl in Mexiko. Der Zugang zu aktiven Vulkanen richtet sich nach geltenden Sicherheitsvorgaben und Sperrungen.
Auch Vulkane ohne aktuellen Ausbruch ziehen Besucher an, etwa der Fuji in Japan, ein aktiver Vulkan in einer Ruhephase, sowie die erloschenen vulkanischen Überreste von Arthur’s Seat in Edinburgh. In aktiven Gebieten drohen Gefahren durch Lava, Asche, Erdrutsche, Schlammströme und Gase.
Der isländische Reiseveranstalter Icelandia berichtete 2023 von starkem Interesse an Vulkantouren.In einem Interview erklärte das Unternehmen, dass es nach dem Ausbruch bei Fagradalsfjall 2021 zunächst Shuttlefahrten und später Besichtigungstouren zu den Lavafeldern anbot. Der Ausbruch am nahe gelegenen Litli-Hrútur fand 2023 statt.
“Es ist wie aus einem Märchen. Die Resonanz war wahnsinnig. Die Bewertungen sind großartig. Wenn sie den Vulkan sehen, weinen manche, andere sind völlig schockiert.”
– Svala Magnúsdóttir, Kundenbetreuerin bei Icelandia, über das Vulkanerlebnis.
Wissenschaftliche Forschung
Vulkane ermöglichen Einblicke in geologische Prozesse, das Erdinnere und die Entwicklung von Landschaften. Untersuchungen von Gesteinen, Gasen, Erdbeben und Bodenverformungen helfen, Vulkansysteme zu verstehen und Gefahren abzuschätzen. Die Ergebnisse bieten auch wertvolle Grundlagen für die Lehre.
Das Wissenschaftsteam der NASA-Mission VERITAS nutzte Island im August 2023 als irdisches Analoggebiet für die Venus. Die Venus ist etwas kleiner als die Erde und hat sehr hohen Luftdruck, Schwefelsäurewolken und eine extrem heiße Oberfläche. Untersuchungen im vulkanischen Gelände helfen bei der Entwicklung von Messverfahren und Instrumenten. Zudem werden stromsparende Kameras entwickelt, die Schwefeldioxid (SO2) aus Vulkanen messen.
Organisationen wie der United States Geological Survey (USGS) überwachen und erforschen Vulkane in den USA. Gleichzeitig konzentriert sich das Hawaiian Volcano Observatory (HVO), das Teil des USGS ist, auf vulkanische Aktivitäten in Hawaii, insbesondere auf der Big Island.
Weitere Einrichtungen sind Italiens Nationales Institut für Geophysik und Vulkanologie (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, INGV), das französische Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) und Japans meteorologische Behörde (JMA), die unter anderem die Vulkane des Landes erforscht.
Mineralgewinnung
Vulkanische Systeme können wertvolle Metalle wie Gold, Silber und Kupfer anreichern. Nach Forschungsangaben, die die Geologen Jon Blundy und Joe Hogg erläutern, setzt der Ätna täglich schätzungsweise etwa 20 Tonnen Kupfer und 10 Kilogramm Gold in Gasen frei. Eine direkte Gewinnung aus dem Gas ist wenig praktikabel. Heiße magmatische Solen unter Vulkanen werden deshalb als mögliche Metallquelle untersucht; eine wirtschaftliche Gewinnung im großen Maßstab ist damit noch nicht nachgewiesen.
Eine 2023 veröffentlichte Analyse schätzte, dass die McDermitt-Caldera an der Grenze zwischen Nevada und Oregon 20 bis 40 Millionen Tonnen Lithium enthalten könnte, gebunden in Tonablagerungen. Dies ist eine geologische Schätzung, keine nachgewiesene wirtschaftlich gewinnbare Reserve. Lithium ist für Akkus etwa in Elektroautos wichtig; die USA sind bei der Versorgung zum Teil auf Importe angewiesen.
Im Oktober 2023 beschrieben Geologen der University of Leicester eine Methode, um anhand der Apatitzusammensetzung zu bestimmen, ob Magma mit einer Fluidphase gesättigt war. Damit könnten sich vulkanische Systeme erkennen lassen, die günstige Bedingungen für Kupferlagerstätten aufweisen. Es handelt sich um ein Forschungsinstrument für künftige Exploration.
Freeport‑McMoRan, Barrick Gold Corporation (ABX.TO ), Newmont Corporation (NEM ) und Anglo‑American sind einige globale Bergbauunternehmen, die in unterschiedlichen geologischen Umgebungen tätig sind, einschließlich Gebieten mit vulkanischer Aktivität.
Therapeutische Anwendungen
Heiße Quellen und Schlammbäder in vulkanischen Gebieten werden zur Erholung und für Wellness genutzt. Einigen Anwendungen werden therapeutische Eigenschaften zugeschrieben; eine medizinische Wirksamkeit ist damit nicht für jeden Einsatzzweck belegt.
Thermalquellen sind ein Bestandteil des Wellness- und Kurtourismus und ziehen Erholungssuchende an.
Bekannte Thermalziele sind die Blue Lagoon in Island, The Springs Resort and Spa in Costa Rica, Pamukkale in der Türkei, Rotorua in Neuseeland, Beitou in Taiwan, Calistoga in Kalifornien und Hakone in Japan. Der geologische Ursprung der Quellen unterscheidet sich je nach Standort.
Schlammbäder und Balneotherapie werden unter anderem bei rheumatischen Beschwerden eingesetzt. Ein Cochrane-Review fand jedoch keine ausreichend verlässlichen Belege, um den Nutzen bei rheumatoider Arthritis festzustellen. Aufbereitete vulkanische Materialien kommen auch in Kosmetika vor.
Vulkanasche enthält unter anderem Siliziumdioxid und verschiedene Minerale. In eigens formulierten Kosmetika können solche Materialien beispielsweise als Schleifmittel dienen oder Hautfett aufnehmen. Allgemeine Aussagen über Entgiftung, Zellerneuerung oder Verjüngung sind dadurch nicht belegt. Frische Vulkanasche ist kein fertiges Hautpflegeprodukt: Partikel und chemische Oberflächenbeläge können Haut, Augen und Atemwege reizen.
Baumaterialien
Vulkanische Materialien haben unterschiedliche Bauanwendungen. Basalt ist ein hartes Gestein, das als Schotter in Asphalt und Beton eingesetzt wird. Leichter, poröser Bims kann dagegen für leichtere Bauprodukte verwendet werden.
Bims dient auch als Schleifmittel. Bestimmte Vulkanaschen werden als Puzzolane in Zement und Beton genutzt; Tuff dient als Baustein. Die Umweltbilanz hängt von Gewinnung, Verarbeitung, Transport und Zusammensetzung ab, nicht allein vom natürlichen Ursprung.
Vulkanasche aus Pozzuoli am Golf von Neapel trug zur Beständigkeit bestimmter Arten römischen Betons bei. Auch andere Bestandteile und chemische Reaktionen beeinflussen seine Lebensdauer.
Laut Forschung können bestimmte vulkanische Zusätze die Frost-Tau-Beständigkeit von Mörtel und Beton verbessern, abhängig von Material und Dosierung. Laut einem veröffentlichten Unternehmensinterview mischt das indonesische Unternehmen Rebricks Vulkanasche mit Stein, Kunststoffabfällen und Zement, um Baublöcke ohne den üblichen Sand herzustellen.
CO2-Abscheidung und -Speicherung
Bei der CO2-Abscheidung und -Speicherung wird Kohlendioxid etwa an einer industriellen Quelle abgetrennt, transportiert und unterirdisch eingelagert, um Emissionen zu vermeiden. 2023 wurde auch über Mikroorganismen aus CO2-reichen vulkanischen Umgebungen geforscht, die eine Grundlage für künftige biologische Abscheidungstechniken bieten könnten.
Die Forschung zur Nutzung von Basaltgesteinsformationen, die in vulkanischen Gebieten verbreitet sind, für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung wird fortgesetzt. Neuere Studien deuten darauf hin, dass Basaltpulver auf Äckern durch chemische Verwitterung CO2 binden kann. Das Potenzial hängt unter anderem von Klima, Boden, Gestein und der Messung der tatsächlichen Entnahme ab.
Eine 2023 besprochene Studie schätzte für den erloschenen Unterwasservulkan Fontanelas vor Portugal eine mögliche Speicherkapazität von 1,2 bis 8,6 Gigatonnen CO2. Die Autoren verglichen dies mit etwa 24 bis 125 Jahren portugiesischer Industrieemissionen. Es ist eine geschätzte geologische Kapazität, keine Anlage im Betrieb. Auch Regierungen finanzieren Forschung: Die britische Regierung gewährte schottischen Erdwissenschaftlern etwa eine Million Pfund für die Entwicklung von Methoden zur Messung der CO2-Speicherung in vulkanischem Gestein.
Weltraumforschung
Nicht nur werden Vulkane aus dem Weltraum überwacht, sondern vulkanische Landschaften auf der Erde werden genutzt, um Bedingungen auf anderen Planeten zu simulieren und zu studieren, was die Weltraumerforschung unterstützt, die jedoch mit eigenen Gefahren und Kosten verbunden ist.
Professoren der Idaho State University untersuchen Vulkane im östlichen Snake River Plain. Diese Vulkane haben laut den Forschern “den gleichen Lavatyp und Ausbruchsstil wie Vulkane auf dem Mond und Mars”, und sie erwarten, dass ihre Forschungsmethoden von Astronauten bei zukünftigen Missionen genutzt werden, um dieselben Veränderungsprozesse auf dem Mond und darüber hinaus zu studieren.
Im Mai 2023 wurde die Entdeckung des Exoplaneten LP 791-18 d bekannt gegeben. Gezeitenkräfte könnten dort starke vulkanische Aktivität verursachen. Dies ist eine Schlussfolgerung aus den Eigenschaften des Planetensystems, keine direkte Beobachtung von Ausbrüchen.
Abschließende Gedanken
Vulkanausbrüche können Menschenleben fordern und große Schäden verursachen. Asche und Gase können die Atemwege schädigen; Lava, Hitze, Schlammströme und instabiler Boden bergen weitere Gefahren. Zugleich haben vulkanische Prozesse die Erde geprägt und liefern nutzbare Materialien und Energie.
Zu den Vorteilen gehören fruchtbare Böden, neue Inseln, Mineralvorkommen, Baustoffe, Thermalquellen und Geothermie. Große Ausbrüche können die Erde zeitweise abkühlen, wenn Schwefeldioxid hoch in der Atmosphäre Aerosole bildet. Das unterscheidet sich von CO2-Entnahme und macht Ausbrüche nicht zu einer steuerbaren Klimalösung. Forschung hilft, diese Prozesse zu verstehen und geeignete Anwendungen zu entwickeln.
