Vulkane emittieren erhebliche Mengen hochreaktiver Bromverbindungen

Forscher der Universität Heidelberg und schwedische Kollegen berichten in “Nature” über eine sensationelle Entdeckung in Vulkan-Abgaswolken

Wissenschaftler der Universität Heidelberg und schwedische Kollegen berichten in der neuesten Ausgabe von “Nature” über eine sensationelle Entdeckung, die sie mit der neuen Anwendung des spektroskopischen Verfahrens der Differentiellen Optischen Absorptions-Spektroskopie (DOAS) bei der Analyse von Vulkan-Abgaswolken gemacht haben (Nicole Bobrowski, Gerd Hönninger, Bo Galle, Ulrich Platt: Detection of bromine monoxide in a volcanic plume, Nature, 423, 15. 5. 2003, Seiten 273-276).

Aus der chemischen Zusammensetzung vulkanischer Gase kann auf die Vorgänge im Erdinneren geschlossen werden. Vor allem zeigen Änderungen in der Gaszusammensetzung häufig bevorstehende Ausbrüche an. Allerdings war die Bestimmung der Zusammensetzung von Vulkan-Abgaswolken bisher technisch schwierig und oft auch sehr gefährlich für die Forscher.

Abhilfe bieten hier spektroskopische Methoden, die eine Analyse der chemischen Komponenten aus sicherer Entfernung ermöglichen. Allerdings war dies bisher mit relativ einfachen Geräten nur für Schwefeldioxid (SO2) möglich. Andere Verbindungen wie Salzsäuregas (HCl) konnten nur mit aufwendigen Interferometern (Fourier-Transformations-Spektrometrie) gemessen werden.

Das Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg entwickelt seit Jahren hochempfindliche spektroskopische Verfahren und untersucht damit den Spurengasgehalt der Atmosphäre. Seit Jahren schon werden Messungen vom Boden aus sowie von Stratosphärenballons, Flugzeugen und Satelliten vorgenommen.

In der “Nature”-Veröffentlichung berichten die Forscher über Messungen mit dem DOAS-Verfahren am Soufriere Hills-Vulkan auf der Karibikinsel Montserrat, bei denen sie hohe Anteile von Brommonoxid (BrO) in der Abgaswolke feststellten. Bromverbindungen wurden zwar schon früher in Vulkangasen gefunden, allerdings konnte mit herkömmlichen Verfahren weder ihre chemische Natur noch die emittierte Menge bestimmt werden. Man nahm daher an, dass es sich überwiegend um – für die Chemie der Atmosphäre weitgehend irrelevanten – Bromwasserstoff handeln müsse. Im Vergleich zu Bromwasserstoff ist Bromoxid kaum wasserlöslich. Brom in dieser Form kann daher bei großen Vulkanausbrüchen fast quantitativ die Stratosphäre erreichen und dort großräumig zur Verdünnung der Ozonschicht führen (das Ozonzerstörungspotenzial von Brom ist etwa hundert mal größer als das von Chlor) oder lokal sogar vorübergehend ein “Ozonloch” verursachen.

Die neue Entdeckung zeigt, dass hochreaktive Bromverbindungen in erheblichen Mengen von Vulkanen emittiert werden. Möglicherweise sind Vulkane sogar die stärkste Bromquelle für die Atmosphäre (andere Quellen sind die Freisetzung von Brom aus Seesalz sowie Emission von organischen Bromverbindungen wie zum Beispiel Methylbromid durch Mikroorganismen, anorganische Prozesse im Boden – wie kürzlich von Wissenschaftlern des Instituts für Umweltgeochemie der Universität Heidelberg gefunden wurde – oder industrielle Herstellung).

Weitere Messungen an anderen Vulkanen, vor allem in Europa, sind für Herbst vorgesehen. Das neue Multi-Axis -DOAS (MAX-DOAS) -Messgerät, das bei diesen und anderen Messungen verwendet wurde, ist äußerst kompakt: kleiner als ein Schuhkarton. Es eignet sich daher besonders für den Feldeinsatz im häufig unzugänglichen Gelände und auch für die Langzeitüberwachung gefährlicher Vulkane. Vulkanologische Institutionen zeigen bereits großes Interesse an Messprinzip und Gerät.

Kontakt:
Nicole Bobrowski
Nicole.Bobrowski@iup.uni-heidelberg.de
Ulrich Platt
Ulrich.Platt@iup.uni-heidelberg.de
Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 229, 69120 Heidelberg