SONNE-Expedition: Zusammenhänge von Klima und Vulkanismus
Das Forschungsschiff SONNE ist am 21. November von Balboa in Panama zu einer rund fünfwöchigen Expedition entlang des mittelamerikanischen Vulkanbogens gestartet. Unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel untersucht ein Forscherteam, wie Klimaänderungen und Vulkanismus miteinander verknüpft sind und wie sich chemische Veränderungen von Vulkanprodukten im Sediment auf den globalen Kohlenstoffkreislauf und die Biosphäre auswirken. Die Forschungsfahrt wird vom Ministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert.
Explosive Vulkanausbrüche können das Klima über Jahre hinweg beeinflussen – etwa durch Asche und Schwefelpartikel, die in die Atmosphäre gelangen und die Sonneneinstrahlung verringern. Umgekehrt zeigen geologische Aufzeichnungen, dass auch Veränderungen des Klimas die Häufigkeit und Intensität von Eruptionen beeinflussen können. Doch wie eng diese Prozesse tatsächlich zusammenhängen, ist bislang kaum erforscht.
Hinweise zu Klimaveränderungen in vulkanischer Asche
„Wir wollen herausfinden, ob sich große klimatische Veränderungen – etwa Eiszeiten und Warmphasen – in den Ablagerungen vulkanischer Asche am Meeresboden widerspiegeln“, erklärt Fahrtleiter Dr. Steffen Kutterolf vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. „Dazu sammeln wir Proben entlang des mittelamerikanischen Vulkanbogens und seiner Verlängerung nach Süd-Mexiko und analysieren, wie sich Häufigkeit, Zusammensetzung und chemische Veränderungen der Vulkanasche über die Zeit entwickelt haben.“
Die Expedition SO316 mit dem deutschen Forschungsschiff SONNE trägt den Titel „CAVA Tephras“. Dabei steht CAVA für das Untersuchungsgebiet: Der mittelamerikanische Vulkanbogen (Central American Volcanic Arc, kurz CAVA) ist ein rund 1.500 Kilometer langer Vulkangürtel, der von Süd-Guatemala über El Salvador, Costa Rica bis nach Panama verläuft. Einige Kilometer vor der Küste, unter dem Meeresboden des Pazifiks, taucht die Cocos-Platte unter die Karibische Platte ab – diese Subduktionszone ist verantwortlich für die intensive vulkanische Aktivität in der Region. Der Begriff „Tephras“ steht in der Geologie für vulkanische Auswurfprodukte wie Asche oder Bimsstein.
Bedeutung von Mineralstoffen für den Kohlenstoffkreislauf
An mehreren Stationen auf der Route von Panama bis San Diego werden die Forschenden mithilfe seismischer Messungen und Sedimentkernen die Ablagerungen vulkanischer Asche in den obersten Schichten des Meeresbodens erfassen und über weitere Distanzen verfolgen. Diese Daten bilden die Grundlage für einen künftigen IODP3-Bohrantrag (International Ocean Drilling Programme), mit dem die tieferen Sedimentschichten später systematisch untersucht werden sollen.
Neben der Rekonstruktion vulkanischer Aktivität geht es auch um geochemische Fragen. Vulkanische Asche enthält reaktive Silikate – Mineralstoffe, die sich im Kontakt mit Meerwasser chemisch verändern. Dabei werden wichtige Nährstoffe freigesetzt, und es entstehen Prozesse, die den Kohlenstoffkreislauf im Ozean beeinflussen können und damit langfristig auch das Klima. Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung dieser Materialien können zudem Hinweise darauf geben, wie sich Vulkanbögen über Jahrtausende entwickelt haben. An der Expedition beteiligen sich Forschende aus Deutschland, den USA, Frankreich, China, Costa Rica und Mexiko. Aus Deutschland ist neben dem GEOMAR auch die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) beteiligt.
Blick in die Vergangenheit – Erkenntnisse für die Zukunft
„Die gewonnenen Daten werden uns helfen, die Wechselwirkungen zwischen geologischen und klimatischen Prozessen besser zu verstehen und die eruptive Geschichte der Region über die letzte halbe Million Jahre nachzuvollziehen“, so Kutterolf. „Langfristig tragen solche Erkenntnisse dazu bei, Risiken durch vulkanische Aktivität besser einschätzen und ihre Wechselwirkungen mit klimatischen Veränderungen präziser modellieren zu können.“
Das Forschungsschiff SONNE dient der weltweiten, grundlagenorientierten Meeresforschung Deutschlands und der internationalen Zusammenarbeit. Es ist Eigentum der Bundesrepublik Deutschland, vertreten durch das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR).