Dr. Anselm Smolka

Vulkanismus – Neuere Erkenntnisse zum Risiko von Vulkanausbrüchen

Weltweit gelten rund 550 Vulkane als aktiv. Jedes Jahr brechen 50 bis 65 von ihnen aus. Das Katastrophenpotenzial zeigte 1980 die Eruption des Mount St. Helens im US-Bundesstaat Washington. Seitdem beschäftigt sich die Münchener Rück mit der Frage: Wie viel Risiko bergen Vulkanausbrüche?

Heute wie vor über 25 Jahren gilt: Es gibt – mit Ausnahme der äußerst seltenen großen Meteoritenabstürze – keine anderen Naturereignisse, die so weite Gebiete mit vergleichbarer Intensität und Plötzlichkeit verwüsten können wie Vulkanausbrüche. Ihre direkten Wirkungen: Lava-, Schlamm- und pyroklastische Ströme, Glutwolken, Ascheeruptionen, Ascheablagerungen. Die indirekten Folgen: Klimaveränderung. Die Schäden: Neben direkten, Beeinträchtigung des Luft- und Schiffverkehrs sowie Ernteausfälle.

Nennenswerte versicherte Schäden verursachten in jüngerer Vergangenheit Eruptionen des Pinatubo (Philippinen, 1991), des Tavarvur (Papua-Neuguinea, 1993) und des Soufriere (Montserrat, 1995–97). Die Schadensummen lagen jeweils bei mehreren 10 Millionen US$. Der größte Ausbruch war der des Pinatubo. Seine klimatische Auswirkung war weltweit spürbar: Aufgrund aerosolbildender Schwefeldioxidmoleküle, die in die höhere Atmosphäre gelangten, sank die globale Durchschnittstemperatur um ein halbes Grad.

Gefährdete Großstädte

In der Nähe von Vulkanen leben weltweit rund 500 Millionen Menschen – die meisten von ihnen in Großstädten, zum Beispiel im neuseeländischen Auckland. Die Stadt liegt direkt in einem vulkanischen Gebiet. Wie eine probabilistische Gefährdungsstudie zeigt, bergen aber nicht die Kleinvulkane im Stadtgebiet das große Risiko. Das größere droht vielmehr von den teilweise hoch explosiven Vulkanen, die sich etwa 200 km südöstlich und 260 km südlich der Stadt befinden – beispielsweise vom Mount Taranaki/ Egmont. Die wesentlichste Gefahr sind dabei die Ascheablagerungen nach einem Ausbruch.

Ein hohes Risiko für urbane Räume besteht auch in Japan. Neben Tokio sind Millionenstädte wie Nagoya, Kioto und Yokohama bedroht. Besonders betroffen wäre die nähere Umgebung des Fujiyama – hier machen jährlich 20 Millionen Menschen Urlaub.

Ebenfalls gefährdet ist das Gebiet um Neapel, Italien. Ungefähr alle 30 Jahre ist der Vesuv in den vergangenen Jahrhunderten ausgebrochen. Bei einer erneuten Eruption mit dem Ausmaß von 79 v. Chr. – so die Schätzungen – beliefe sich der materielle Schaden auf rund 40 Milliarden US$. Davon wäre zum gegenwärtigen Stand nur ein verschwindend geringer Teil versichert. Ob eine aktuelle Gefährdung besteht, ist allerdings umstritten.

Seit 2001 nimmt jedoch die Sorge der Forscher zu: Sie entdeckten unter dem Vesuv einen 400 km² großen Magmasee, der sich unterirdisch bis unter die Hügel der Phlegräischen Felder im Nordwesten Neapels erstreckt. Mehr als 3 Millionen Menschen leben in dieser Region. Damit bedrohen die Phlegräischen Felder Neapel vermutlich stärker als der Vesuv selbst. Sie sind ein Beispiel eines sogenannten Supervulkans, ein populärwissenschaftlicher Begriff für Vulkane, die Ausbrüche mit einem Volumen von 300 km³ oder mehr verursacht haben.

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Supervulkane – die große Gefahr?

Sie haben keine Kegel, sind unter allen Kontinenten, vermutlich auch untermeerisch, zu finden und brechen sehr selten aus. Trotzdem sind sie eine der größten Naturgefahren.

Nach einer Eruption stürzt die Erdkruste über der entleerten Magmakammer ein, zurück bleibt ein großes Becken, die sogenannte Caldera. Supervulkane haben sehr lange Ruheperioden – zehn- bis hunderttausende von Jahren. Die Geological Society of London erstellte im Auftrag der britischen Regierung ein Gutachten, das ergab, dass es neben den Phlegräischen Feldern bei Neapel noch einen zweiten Supervulkan in Europa gibt, nämlich im östlichen Mittelmeer nahe der Insel Kos. Der letzte Ausbruch der Phlegräischen Felder ereignete sich vor 35.000 Jahren und war gigantisch: Etwa 50- bis 100-mal so viel Material wie beim Pinatubo-Ausbruch 1991 wurde ausgeworfen.

Supervulkane werden ebenfalls unter Neuseeland, Kamtschatka, den Philippinen, den Anden, in Mittelamerika, den USA, Indonesien und Japan vermutet. In 5 bis 20 km Tiefe erstrecken sich die riesigen Magmakammern. Eine solche Kammer unter dem Yellowstone-Park zum Beispiel umfasst die doppelte Größe Luxemburgs. Aktuelle Satellitenbeobachtungen zeigen: Teile der Caldera heben sich jedes Jahr etliche Millimeter. Ein Ausbruch hätte lokal und global unvorstellbare Folgen. Doch: Eine akute Gefährdung wird nicht gesehen.

Globalklimatische Folgen großer Vulkanausbrüche

Ein großer Vulkanausbruch wirkt sich nicht nur regional aus; auch das globale Klima wird beeinflusst. Auslöser sind Aerosolschichten, die nach einem Ausbruch entstehen. Sie legen sich um die Erde und reflektieren einen Teil der Sonnenstrahlung zurück ins All. Folge: Die Temperatur auf der Erde nimmt ab.

Bislang standen globalklimatische Auswirkungen nicht im Brennpunkt quantitativer Risikoüberlegungen. 1992 – im Jahr nach dem Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen – fiel die Temperatur weltweit durchschnittlich um ein halbes Grad Celsius. Insbesondere für die Eruption der Laki-Spalte auf Island 1783 und den Ausbruch des Tambora auf Sumbawa, Indonesien, 1815 – den größten historischen Ausbruch mit etwa 10-mal so viel Auswurfvolumen wie beim Pinatubo – sind weltweit klimatisch bedingte Schadenwirkungen belegt. Ein unmittelbarer Zusammenhang einzelner Beobachtungen lässt sich allerdings nicht immer eindeutig nachweisen. Betrachtet man jedoch die Ereignisse in ihrer Gesamtheit, ergibt sich durchaus ein kohärentes Bild.

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Ökonomische Konsequenzen von Vulkanausbrüchen

Ein Vulkanausbruch wäre zum Beispiel für Tokio – mit seinen 20 Millionen Einwohnern – katastrophal. Bei der letzten Eruption des Fujiyama vor knapp 300 Jahren – im Dezember 1707 – regnete es zwei Wochen lang Asche auf die 100 km entfernte Stadt. Bei einem erneuten Ausbruch wäre das öffentliche Leben stillgelegt.

Der Ätna – Europas größter Vulkan – verursachte bei seinen Ausbrüchen 2001 sowie 2002/03 ebenfalls enorme Schäden. Allein durch den Ascheregen 2002 entstanden ökonomische Verluste von etwa 800 Millionen €.

Bei Ausbrüchen wie Laki oder Tambora muss man damit rechnen, dass neben den direkten materiellen Verlusten auch Luft- und Schifffahrt stark beeinträchtigt werden. Auch immense Ernteausfälle gehören dazu. Landwirtschaft wäre vielerorts unmöglich, so prognostizieren die Wissenschaftler der britischen geologischen Gesellschaft. Schon eine 1 cm dünne Ascheschicht vernichtet die Ernte.

Auch ein anderes Szenario fand in den letzten Jahren starke Beachtung: Falls die Westflanke des Cumbre Vieja auf La Palma wegen eines Ausbruchs des Vulkans abbrechen würde, wird dies einen Tsunami verursachen. Die Flutwelle würde die Kanarischen Inseln massiv betreffen, in geringerem Maß auch die südwestliche iberische und nordwestafrikanische Küste. Neuere Erkenntnisse entschärften jedoch die ersten Prognosen zur Ausbreitung der Welle. Forschungen ergaben, dass die Wellenhöhe auf der anderen Seite des Atlantiks nur im Nordosten von Südamerika signifikante Höhen erreichen würde.

Modellberechnungen

Wie vulkanische Aktivitäten das Klima beeinflussen, untersuchte ein internationales Team von Vulkanologen und Meteorologen unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Meteorologie Hamburg und des GEOMAR Kiel (Forschungszentrum für marine Geowissenschaften). Ziel war es, am Computer zu simulieren, „was oben ankommt“. Dabei gelang es, ein numerisches Modell zu konzipieren. Dieses stellt die Entwicklung der Eruptionswolke und ihre Wechselwirkungen mit der Umgebung nach.

ATHAM (Active Tracer High Resolution Atmospheric Model) ist in der Fachwelt anerkannt, weltweit haben es viele Vulkanologen übernommen. Wohl auch deshalb, weil bei Vorgängermodellen bislang jede Partikelart separat gerechnet wurde – aufwendig und meist uneffektiv. ATHAM dagegen analysiert die Partikel in ihrer Gesamtheit. Außerdem berücksichtigt es äußere Faktoren wie die Umgebungstemperatur. Die Anwendung ist relativ einfach aufgebaut: Sie besteht aus einer stabilen Kernrechnung. Je nach Bedarf kann sie durch einzelne, individuell anpassbare Module ergänzt werden. Ein Beispiel: Normalerweise wird der Berechnung ein einfaches Wolkenmodell zugrunde gelegt. ATHAM ermöglicht es, ein aufwendigeres Wolkenmodell einzubauen.

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Häufigkeit von Vulkanausbrüchen

Die Auswirkungen großer Vulkanausbrüche erfordern nicht nur eine lokale, sondern auch eine globale Betrachtung der Eintrittswahrscheinlichkeit. Leider sind die großen Ausbrüche historisch und geologisch nur unvollständig dokumentiert. Mit statistischen Verfahren ermittelten Experten auf der Basis bisher verfügbarer Daten eine weltweite Eintrittswahrscheinlichkeit von einmal in 500 bis 1.000 Jahren. Sie gilt für die Größenordnung des Tambora-Ausbruchs von 1815. Um zukünftig exaktere Werte der Eintrittswahrscheinlichkeit eruieren zu können, unterstützt die Münchener Rück momentan ein Forschungsprojekt unter Federführung des Department of Earth Sciences der University of Bristol, Großbritannien. Ziel: die Datenbasis für Großeruptionen von derzeit 2.000 auf 10.000 Jahre erweitern.

Im Rahmen dieser statistischen Häufigkeitsabschätzungen wurde außerdem eine neue Skala für die Stärke von Vulkanausbrüchen entwickelt: die vulkanische Magnitude. Sie beruht auf der Masse der vulkanischen Produkte, die bei einem Ausbruch gefördert wird. Der bisher gebräuchliche vulkanische Explosivitätsindex (VEI) dagegen beruht auf ihrem Volumen. Das Problem dabei: Die Dichte von Vulkangestein kann unterschiedlich sein, deshalb besitzt das Volumen keinen eindeutigen Zusammenhang mit der Masse. Ausbrüche unterschiedlichen Typs wurden deshalb durch den VEI nicht adäquat erfasst. Die Definition der Masse ist jedoch immer gleich. Somit schafft die vulkanische Magnitude eine einheitliche Datengrundlage für weitere Forschungen. Bei der vulkanischen Magnitude steigt für jede volle Stufe auf der Skala die Masse um den Faktor 10. Der Ausbruch des Tambora 1815 hat auf dieser Skala eine Magnitude von 7–. Der größte Ausbruch der letzten 100.000 Jahre – des Toba in Indonesien – erreicht eine Magnitude von 8+. Das Ereignis in den Phlegräischen Feldern vor 35.000 Jahren läge bei der Magnitude 7+.

Vulkanausbruch – ein versicherbares Risiko?

Im Prinzip ist ein Vulkanausbruch ein versicherbares Risiko. Die technisch erforderliche Rate ist aber, abgesehen von wenigen Ausnahmen, wegen der Seltenheit von Schadenereignissen marginal. Vulkane wie der Vesuv werden messtechnisch intensiv überwacht – ein Ausbruch käme also kaum überraschend. Jedoch wäre die Stärke eines bevorstehenden Ausbruchs nicht einschätzbar. Jede Umsetzung einer Vorwarnung – das heißt eine Evakuierung – wäre eine gewaltige logistische Herausforderung, denn mehr als eine Million Menschen leben näher als 10 km am Krater.

Vulkanausbrüche können aber auch zu globalen Katastrophen werden. Eine Eruption wie die des Yellowstone- Vulkans vor 630.000 Jahren würde die Grenzen der Versicherbarkeit überschreiten. Damals waren weite Teile Nordamerikas mit Asche bedeckt. Das Schadenausmaß ist unvorstellbar.

Bisher hat sich die Versicherungswirtschaft nicht systematisch mit solchen Extremereignissen, auch bei anderen Naturgefahren, auseinandergesetzt. Die Münchener Rück unterstützt deshalb weiterhin Projekte, die es ermöglichen, solche Risiken in Zukunft besser einzuschätzen.

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