Vulkan-Bohrungen Nadelstiche ins Höllenfeuer

Vulkane sind die gefährlichste Naturgewalt der Erde: Sie können ganze Regionen verwüsten und sogar das Klima beeinflussen. Dennoch wagen Forscher mit Tiefbohrungen den Vorstoß ins Innere der Feuerberge. Nicht ohne Risiko - Erdbeben und größere Eruptionen können die Folgen sein.

Lava am Kilauea auf Hawaii: Die Bohrung von 2005 bewies, dass eine Vulkanbohrung immer ein Vorstoß ins Unbekannte ist
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Lava am Kilauea auf Hawaii: Die Bohrung von 2005 bewies, dass eine Vulkanbohrung immer ein Vorstoß ins Unbekannte ist

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Als sich ihr Bohrer in der Tiefe festfraß, waren die Experten des Iceland Deep Drilling Project (IDDP) zunächst ratlos. Mehr als zwei Kilometer waren sie bereits vorangekommen auf ihrem Weg zu einem Erdwärme-Reservoir unter Islands Vulkan Krafla. Dann stießen sie im April auf ein unbekanntes Hindernis. Erst am 24. Juni flutschte der Meißel wieder - allerdings enorm schnell. Ab 2104 Meter Tiefe sei der Bohrer nach unten "geschossen" und habe sich auf einmal "viel schneller gedreht" als üblich, heißt es im Bericht der Forscher.

Eine dunkle Masse quoll ins Bohrloch - Magma. Anschließend gab es eine Explosion. Mit lautem Knall hatte das Vulkangemisch größere Mengen Bohrflüssigkeit auf einen Schlag verdampft. Die Bohrung sei nie außer Kontrolle geraten, betont Peter Schiffman von der University of California in Davis. Dennoch wurde der Vorstoß gestoppt, vermutlich endgültig. Ob die Bohrung fortgeführt werde, hänge von der Größe des Magma-Reservoirs ab, sagt Schiffman. Möglicherweise handele es sich lediglich um einen "Magma-Ast", den man durchbohren könne.

Die Episode in Island zeigt, dass der Vorstoß in vulkanische Tiefen noch immer eine Reise ins Unbekannte ist. Denn Vulkane stehen unter immensem Druck. Bei Ausbrüchen steigen Aschesäulen bis in die Stratosphäre. Heiße Gas- und Staubwolken rasen die Bergflanken mit 700 Kilometern pro Stunde abwärts, Dutzende Kilometer weit. Unmengen Lava und Gestein bedecken das Umland meterhoch. 1783 verursachte die Eruptionswolke des isländischen Vulkans Laki gar Dürren und Hungersnöte in Europa.

Warnung vor "totalem Desaster"

Bohrungen zur Gasförderung oder Erdwärme-Nutzung haben schon mehrfach Erdbeben ausgelöst - warum also sollten Vulkanbohrungen sicher sein?

Über die Risiken sind Wissenschaftler uneins. "Ein tolles, spannendes Ereignis" sei der Magma-Ausfluss in Island gewesen, sagt Ulrich Harms vom Internationalen Kontinentalen Tiefbohrprogramms ICDP am Geoforschungszentrum Potsdam. Erst dreimal zuvor habe man Magma erbohrt. "Kein echtes Risiko" sieht auch Bernd Zimanowski, Vulkanologe von der Uni Würzburg - "selbst wenn ein Überdruck besteht". Eine Bohrung in eine zähe Magmakammer ähnele einem "Nadelstich in einen äußerst zähen Kuchenteig", sie sei "nicht mit einem Erdgas-Reservoir zu vergleichen".

Andere Experten sind weniger sicher. "Unter ungünstigen Bedingungen", sagt Ralf Büttner von der Uni Würzburg, könne der Kontakt von Bohrflüssigkeit mit Magma "sehr gefährlich werden" - und durch Explosionen einen kleinen Vulkanausbruch auslösen. "Theoretisch denkbar wäre sogar, dass dadurch letztlich eine große Eruption verursacht wird", meint Büttner. Entscheidend seien die Eigenschaften des Vulkans, sagt sein Würzburger Kollege Volker Dietrich. Unter Umständen drohe ein "totales Desaster".

Unter hohem Druck wird Magma gefährlich

Gefährlich sei Magma, wenn es unter hohem Druck stehe. In zäher Masse stauten sich Gase, die das Gemisch hochexplosiv machten. Für Island kommen die Einschätzungen einer Entwarnung gleich: Das Magma unter der Insel ist dünnflüssig; Gase können leicht entweichen.

Allzu flüssiges Substrat wäre jedoch auch nicht gewünscht - es könnte aus dem Bohrloch fließen, gibt der Würzburger Forscher Zimanowski zu bedenken. Während seine Kollegen eher Bohrungen in zähes Magma für bedenklich halten, befürchtet er "weniger glimpfliche Folgen" eher bei dünnflüssiger Substanz. Sollten "große Wassermengen ins Bohrloch gedrückt werden", könne das womöglich einen Ausbruch verursachen.

Vulkanbohrungen seien "eine besondere Herausforderung, insbesondere, wenn keine Informationen über den Druck im Untergrund vorliegen", sagt Bohringenieur Lothar Wohlgemuth, Leiter des ICDP in Potsdam. Gefährlich werde es aber nur, wenn Sicherheitsmaßnahmen nicht eingehalten würden. Diverse Vorkehrungen sorgten dafür, dass Vulkane "sicher aufgeschlossen werden" können.

Den Bohrer ummantelt beispielsweise ein Rohr, in dem ein schwerer Spezialschlamm zirkuliert. Er lastet auf dem Bohrloch und soll dafür sorgen, dass sich der Druck nicht verändert. Zusätzlich wird das Loch stetig zementiert und mit einer Stahlverkleidung geschützt. "Ein Desaster", sagt Wohlgemuth, "gibt es sicher nicht, sofern man die Druckverhältnisse annähernd abschätzen kann".

Allerdings: Das gelingt nicht immer. Unter Hawaii hatten Experten ähnliche Verhältnisse wie in Island erwartet. Und tatsächlich stieß dort in den siebziger Jahren eine Bohrung in einen unterirdischen Magmasee mit den prognostizierten Eigenschaften. 2005 jedoch erschraken Forscher eines anderen Projektes auf der Insel, als eine Substanz mit der Konsistenz von dickem Sirup in ihr Bohrloch quoll. Das Magma war deutlich klebriger als erwartet und mit mehr als 1000 Grad "heißer als die Hölle", staunte ein Wissenschaftler.

Gefährlich wären große Mengen Gas im Boden, sagt GFZ-Forscher Harms. Aber eine ausgedehnte Magmakammer, die den Explosivstoff produziert, sollte man anhand geophysikalischer Messungen vor der Bohrung erkennen können - und "natürlich nicht anbohren". Sollte das aber passieren, "reichten alle Sicherheitsmaßnahmen nicht aus", bestätigt Bohringenieur Wohlgemuth. Ob solche unter Druck stehenden Magmakammern nahe der Oberfläche aber überhaupt existieren, sei derzeit "eine offene Diskussion", sagt Zimanowski.

Schallwellen sollen Gefahrenquellen aufdecken

Vor einer Bohrung erkunden Seismologen mit Schallwellen den Untergrund. Dabei entstehen Querschnittbilder des Bodens, auf denen sich die Abfolge der Erdschichten grob abzeichnet. Größere Magmakammern ließen sich mit der Methode "recht gut detektieren", sagt Harms. Zimanowski aber widerspricht: Die Erkundung von Magmareservoiren sei "kein zuverlässiges Geschäft und immer problematisch".

Über das Innere von Vulkanen haben Wissenschaftler fast nur indirekte Informationen. Wie es in einer Magmakammer tatsächlich aussieht, weiß niemand. Gestein aus dem Inneren von Vulkanen ist für Wissenschaftler deshalb wertvoller als Material vom Mond. Bohrungen seien die einzige Möglichkeit, den Zustand des Magmas vor einem Ausbruch zu erkunden, erklärt Harms. Gerade an Feuerbergen in der Nähe von Großstädten müssten die Aufstiegswege des Magmas erforscht werden, um Risikoprognosen erstellen zu können.

Für die nächste Bohrung haben sich die Wissenschaftler ausgerechnet den gefährlichsten Feuerberg ausgesucht: Die Phlegräischen Felder nahe Neapel. Kein Kegel ziert den sogenannten Supervulkan westlich des Vesuvs - er ist bei der letzten großen Eruption vor 40.000 Jahren weggesprengt worden. Ein großer Ausbruch der Phlegräischen Felder könnte ganz Europa unter Asche begraben.

Ein Expertenteam unter Beteiligung des GFZ Potsdam plant, das Ungetüm von mehreren Seiten anzubohren, auch seine Ausläufer am Meeresboden sollen erforscht werden. Die Vorerkundungen laufen seit langem. Doch unter den Phlegräischen Feldern brodelt Rhyolit-Magma, ein besonders explosives Gemisch. Die zähe, gashaltige Substanz stehe meist unter hohem Druck, warnt der Würzburger Experte Dietrich. Es bestehe "extreme Explosionsgefahr".

Seine Kollegen beruhigen: Selbst explosives Magma "entgase und erstarre noch im Bohrloch", meint Harms. Das Bohrloch sei schmal, es könne deshalb "kaum etwas passieren", glaubt auch Zimanowski. Größere Magma-Reservoire würden ohnehin nicht angebohrt.

Andererseits habe es bislang noch bei jeder Bohrung Überraschungen gegeben, räumt Zimanowski ein: "Eine Bohrung", sagt er "ist ein Nadelstich ins Dunkle."

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