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KLIMA/492: Vulkanische Schwefeldämpfe unterschätzt - Leeds Wissenschaftler warnen vor schwerer Naturkatastrophe (SB)


Bei neuerlichem Laki-Ausbruch warnen Leeds Wissenschaftler vor tödlichen schwefelhaltigen Aerosolen

Die Sterblichkeitsstatistik in Europa könnte erheblich anwachsen


Daß ein Vulkanausbruch in Island den Flugverkehr und auch andere wirtschaftliche oder soziale Interaktionen über die Landesgrenzen hinaus durcheinanderbringen kann, weiß man spätestens seit den Ausbrüchen des Eyjafjallajökull 2010 und des Grímsvötn 2011. Nach Lektüre einer unlängst in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [1]) veröffentlichten Studie kann man wohl von Glück sagen, daß diese Vulkane vergleichsweise nur Asche und staubreiche "Rülpser" von sich gaben und keine entsprechend große Mengen an Schwefel bzw. Schwefeldioxid wie bei dem großen Ausbruch des Laki am 8. Juni 1783 (der erst im Februar 1784 endete) vermutet wird, sonst hätte man es mit sehr viel dramatischeren Umwelt- und Gesundheitsproblemen zu tun gehabt. Eine Forschergruppe der Universität Leeds warnt darin, daß bei bestimmten Wind und Wetterverhältnissen ein Vulkanausbruch in gleicher Größe und Qualität eine der schwersten Naturkatastrophen nach sich ziehen könnte, auf die unsere heutige Zivilgesellschaft nicht ausreichend vorbereitet ist.


Dr. Anja Schmidt vor dem Fimmvörduháls-Pass in Island im März/April 2010 - Foto: © 2011 by Anja Schmidt

Dr. Anja Schmidt vor dem Fimmvörduháls-Pass in Island im März/April 2010
Foto: © 2011 by Anja Schmidt


Flankeneruption am Fimmvörduháls-Pass - Foto: © 2011 by Anja Schmidt

Die Flankeneruption am Fimmvörduháls-Pass in Island dauerte vom
20. März bis 12. April 2010 und ereignete sich entlang eines 300 Meter
langen Schachts in der Nähe der unteren östlichen Abhänge des
vereisten Eyjafjallajokull Vulkans. Der Ausbruch zeigte klassische
Lava- und Feuerfontänen aus einer Anzahl von Schächten entlang einer
kurzen Spalte und wäre als verkleinerter Maßstab des isländischen
Laki-Ausbruchs von 1783-1784 denkbar.
Foto: © 2011 by Anja Schmidt


Geschichtlichen Aufzeichnungen zufolge, welche die Gruppe aus Klima- und Aerosolwissenschaftlern, Geologen, Epidemiologen und Meteorologen um Dr. Anja Schmidt von der Universität Leeds ihrer Studie "Excess mortality in Europe following a future Laki-style Icelandic eruption" zugrunde legten, würde der besonders schweflige "Auswurf" des isländischen Vulkans die Sterblichkeitsstatistiken in Europa vehement nach oben treiben. Und das wäre dann nicht einmal den in hohe Luftschichten eingetragenen Aerosolen und dem hier unlängst vorgestellten klimatischen Abkühlungseffekt geschuldet [siehe Berichte über Hamburger Klimakonferenz im August 2011 [2]], der immer zustande kommt, wenn Aerosolpartikel das Sonnenlicht (UV und IR) reflektieren, sondern ist - so die These der Wissenschaftler aus Leeds - allein auf die ätzende Wirkung des hohen Schwefel- und Schwefeldioxid-Anteils darin zurückzuführen. Daraus würden sich sofort Wolken winziger Sulfatpartikel (PM 2,5) bilden, die sich viel schneller als Asche und Staub verbreiteten, d.h. bei "günstigem" Wind über ganz Europa verteilten.


22. April 2011, 9:40 Uhr - Gegenlichtaufnahme in Richtung Wharfedale; zeigt Luftverschmutzung von etwa 50 Mikrogramm/Kubikmeter - Foto: © 2011 by Ken Carslaw

22. April 2011, 9:40 Uhr
Gegenlichtaufnahme in Richtung Wharfedale; zeigt Luftverschmutzung von etwa 50 Mikrogramm/Kubikmeter. So sichtbar wäre die Umweltverschmutzung bei einem neuerlichen Laki-Ausbruch der gleichen Stärke wie 1783/84
Foto: © 2011 by Ken Carslaw


27. April 2011, 11:00 Uhr - Gegenlichtaufnahme in Richtung Wharfedale; zeigt Luftverschmutzung von etwa 15 Mikrogramm/Kubikmeter - Foto: © 2011 by Ken Carslaw

27. April 2011, 11:00 Uhr
Gegenlichtaufnahme in Richtung Wharfedale; zeigt Luftverschmutzung von etwa 15 Mikrogramm/Kubikmeter
Foto: © 2011 by Ken Carslaw


Die Gefährlichkeit anthropogener (d.h. vom Menschen erzeugter) Luftverschmutzung mit Feinstaubpartikeln der Größe PM 2,5 bis PM 10 für Umwelt und Gesundheit ist seit mindestens 25 Jahren allgemein bekannt. Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sterben jährlich mehr als 2 Millionen Menschen an den Folgen verunreinigter, mit Feinstaubpartikeln kleiner als PM 10 kontaminierter Luft. Eine aktuelle Bewertung der Gesundheitsauswirkungen von PM 2,5, eine Größe die in die kleinsten Aveolen der Lunge und von dort ins Blut gelangen kann, hat gezeigt, daß erhöhte Konzentrationen in Zusammenhang mit schweren kardiopulmonalen Gesundheitsauswirkungen [d.h. im Herz-Lungenbereich] stehen. Dadurch kann es zu einer signifikanten Verminderung der Lebenserwartung kommen. Man versucht inzwischen durch Emissionsregelungen und Gesetze (beispielsweise zur Rauchgasentschwefelung für den Schwefelanteil) ihren Eintrag in die Atmosphäre einzuschränken. Doch es gibt nach wie vor eine vom Menschen verursachte Grundbelastung mit diesen Schadstoffen, auch wenn sie von Jahr zu Jahr großen Schwankungen unterworfen ist.

Die Gruppe um Anja Schmidt ist nun die erste, die versucht, diese naheliegenden, gesundheitlichen Konsequenzen durch die Freisetzung von PM 2,5 Partikeln durch Naturkatastrophen wie einen Laki-Ausbruch mit wissenschaftlichen Daten in Ausmaß und Umfang so eindrücklich zu belegen, daß sie auch bei den zuständigen Entscheidungsträgern Gehör finden könnten. Die Ergebnisse ihrer quantitativen Auswertungen sind mindestens ebenso alarmierend wie jene, die "nur" von aerosolbedingten vulkanischen "Wintern" und "Hungersnöten" sprechen [2]. Letztere wurden in der aktuellen Studie ausgeklammert, kämen aber bei einem großen Ausbruch noch dazu. Die Gruppe aus Leeds konzentrierte sich vor allem auf die gesundheitlichen Auswirkungen und epidemiologisch sozioökonomischen Konsequenzen.

Dazu kombinierten sie Simulationsmodelle (darunter ein Computersimulationsmodell für Atmosphärenchemie, das sogenannte Model of Aerosol Processes (GLOMAP)), aus denen aus historischen Daten und Erfahrungswerten potentielle Gesundheitsentwicklungen bei ansteigenden Luftschadstoffwerten während einer hypothetischen Laki-Eruption mit Hilfe von aktuellen epidemiologischen Studien über Konzentrations-Wirkungsbeziehungen von Aerosolen abgeleitet werden sollen. Atmosphärische Wettermodelle flossen ebenso in die Gesamtbewertungen der Studie ein wie die jährlichen Luftschadstoffwerte, die aus zwei willkürlich herausgegriffenen Jahren der jüngeren Vergangenheit (2003 als Jahr mit relativ niedrigen Werten, 2005 als Jahr mit maximalen Werten) gemittelt wurden und den Hintergrund für die Langzeiteinschätzung bilden. Das Ergebnis, das man mit diesem rechnerischen Aufwand bestätigen wollte, ist somit auch nicht allzu überraschend, in seiner Anschaulichkeit und Aussagekraft aber sehr überzeugend:

Danach würde sich der als gemeinhin besonders gefährlich eingeschätze Feinstaubbereich (Particular Matter PM) [3] mit Teilchendurchmessern von weniger als 2,5 Mikrometer (Mikrometer = ein Tausendstel Millimeter) in den ersten 3 Monaten nach einer "Laki-ähnlichen" Eruption über Nord-, West und Zentraleuropa mehr als verdoppeln. Während die höchsten Feinstaub-Werte 2005 bei 29 Mikrogramm/Kubikmeter PM 2,5 lagen, werden in der Simulation innerhalb der ersten drei Monate nach einer Eruption Peaks von 62 Mikrogramm/Kubikmeter und in der Spitze sogar 80,9 Mikrogramm/Kubikmeter erreicht. Gravierender noch als mögliche Spitzenwerte ist die Anzahl der Tage, an denen der von der WHO festgelegte 24 Stunden-Grenzwert für PM 2,5 (von 25 Mikrogramm/Kubikmeter) überschritten bleibt. Während dieser Wert in einem 2003/2005 Mittel etwa 38 Tage überschritten wurde, muß man nach einem Laki-ähnlichen Ausbruch mit weiteren 36 Tagen also etwa der doppelten Anzahl von Tagen rechnen, die in stärkstem Maße gesundheitsbedenklich und für Menschen unverträglich sind.

Angesichts der aktuellen Veränderungen in der Konzentration von Luftschadstoffen rechnen die Wissenschaftler in ihrer Studie schlußendlich mit mindestens 142.000 kardiopulmonalen Todesfällen zusätzlich, die auf den dazukommenden vulkanischen Feinstaubanteil zurückzuführen sind (bei einem Vertrauensbereich von 95%, d.h. von 52.000 bis 228.000). Das würde Gesundheitsrisiken wie die mit den jährlichen Grippeepidemien einhergehenden Todesfälle bei weitem übertreffen.

Schließlich wurde mit Hinweis auf verschiedene epidemiologische Studien betont, daß gerade der Anteil von Sulfationen [= SO4(2-)] im Feinstaub die größten gesundheitlichen Probleme mit sich bringt. Dabei konnten die Wissenschaftler in ihrer Studie nicht einmal sämtliche Gesundheitsprobleme berücksichtigen, die mit der Exposition durch schwefelhaltige Feinstaubpartikel einhergehen.

Die Forscher hoffen, daß die Ausbrüche des Eyjafjallajökull 2010 und des Grímsvötn Vulkans 2011 und die damit verbundenen Probleme die europäischen Regierungen und andere Entscheidungsträger hinlänglich sensibilisiert haben, um ihr Augenmerk mit dieser Studie auch auf weniger wahrscheinliche, aber umso schwerwiegendere, überwiegend schwefel- bzw. schwefeldioxidhaltige Vulkanaktivitäten lenken zu können. (Im Britischen House of Commons wurde das Problem bei einigen Parlamentsmitgliedern und auch durch den wissenschaftlichen Berater der Britischen Regierung Sir John Beddington zumindest soweit erwähnt, daß hier Forschungsbedarf besteht, um im Ernstfall besser vorbereitet zu sein [4]).

Anja Schmidt und ihre Kollegen verweisen auf frühere Studien, in denen ein negativer Einfluß von vulkanischem SO2 auf die Gesundheit der Anwohner vermutet wurde. Aufmerksam auf möglicherweise viel gravierendere gesundheitliche Auswirkungen scheinen die Forscher aber vor allem aus historischen Schriften über einige Vulkanausbrüche und ihre Folgen geworden zu sein. Hier war ihnen vor allem der Ausbruch des Laki 1783 aufgefallen, der über 8 Monate andauerte und wie Zeitzeugen berichteten einen "gewaltigen trockenen Dunstschleier" oder "Nebel" mit sich brachte, der vermutlich auf eine ausgedehnte Schwefelsäurewolke zurückzuführen ist. 122 Tg (ein Teragramm = ein Billionen Gramm oder eine Milliarde Kilogramm) Schwefeldioxid sollen innerhalb dieser Zeit freigesetzt worden sein, vergleichbar mit den modernen sogenannten "anthropogenen Emissionen" von Schwefeldioxid weltweit durch Industrie und Haushalte, die z.B. 2005 beinahe den gleichen Wert 115 Tg erreicht haben sollen.

Die Gruppe hat alte Aufzeichnungen aus dieser Zeit mit entsprechend detektivischen Spürsinn studiert und Notizen über penetrante Gerüche (nach Schwefel und Schwefelwasserstoff, sprich: faule Eier) und eine verminderte Sicht durch vermehrten Dunst als Hinweise auf die damals vorherrschende Luftverschmutzung interpretiert. Auch Berichte über beunruhigende Häufungen von Kopfschmerz- und Bronchialproblemen oder Beobachtungen, daß das Laub schon im Juni von den Bäumen gefallen sein soll, wird von ihnen mit dem Laki-Ausbruch in Zusammenhang gebracht. In Island starben 1783/84 21 Prozent der Bevölkerung und 75 Prozent des Viehbestands. Gemeindebücher in England weisen ebenfalls eine ungewöhnlich erhöhte Sterblichkeit der Bevölkerung auf, ebenso finden sich entsprechende Aufzeichnungen über erhöhte Sterblichkeitsziffern oder eine große Zahl von Lungenerkrankungen aus der fraglichen Zeit in Frankreich, den Niederlanden, Italien und Schweden. Die historischen Zahlen aus Island weisen laut Anja Schmidt und ihren Mitarbeitern darauf hin, daß die deutlich erhöhte Sterblichkeit auf die vulkanische Luftverschmutzung zurückzuführen sein muß, da in den nördlichen Regionen, die häufiger schwefelsäurehaltigen Nebeln direkt ausgesetzt waren, auch die höchsten Sterblichkeitsziffern dokumentiert worden wären. "Natürlich wird man die Ursachen dieser Todesfälle nicht im einzelnen aufklären können", kommentierte die Wissenschaftlerin ihre Arbeit in einer Pressemitteilung ihres Instituts. Auch lassen sich die Sterblichkeitsziffern nicht ausschließlich mit den vulkanischen Schadstoffeinträgen in die Atmosphäre begründen. Weitere Faktoren wie Hungersnöte oder auch das Wetter (möglicherweise als weitere indirekte Folgen der vulkanischen Aerosole) spielten eine Rolle, wie aus ihrer Arbeit hervorgeht. Ebenfalls führen die Forscher einen Anteil der Sterblichkeit auf die gleichzeitig dokumentierte Hitzewelle z.B. in England zurück, die nicht mit dem Laki-Ausbruch in Zusammenhang gebracht werden kann. Doch trotz dieser Widersprüchlichkeiten betont Anja Schmidt:

"But by using a state-of-the-art atmospheric model we can put such a large-scale volcanic event into a modern societal context by assessing its impact on air pollution, which certainly was a major contributing factor to the increased death rates in 1783 - 1784".

["Indem wir jedoch die neuesten wissenschaftlichen Simulationsmodelle für die Atmosphäre nutzen, können wir ein bedeutendes vulkanisches Ereignis in ein modern-gesellschaftliches Umfeld setzen und auf diese Weise seine Auswirkung auf die Luftverschmutzung abschätzen, die mit Sicherheit eine der Hauptursachen an den deutlich erhöhten Sterbeziffern 1783 -1784 war." - Übers. SB-Red. [5]]

Die Forscher mußten bei der Interpretation ihrer simulierten Zahlen und ihrer Übertragung auf die moderne Jetztzeit auch berücksichtigen, daß sich die Zivilgesellschaft von damals bis heute geändert hat. So gingen sie davon aus, daß heutige Populationen insgesamt gesünder und (vermutlich als Anpassung an die heutzutage ohnehin vorherrschende Umweltbelastung) Luftschadstoffen gegenüber wesentlich widerstandsfähiger sind.

Schätzungen zufolge soll der Laki in den vergangenen 1.150 Jahren mindestens viermal ausgebrochen sein. Die Forscher gehen nicht so weit, den nächsten Ausbruch schon für die nahe Zukunft direkt vorherzusagen, was Vulkanologen durchaus für möglich halten (vorausgesetzt, ein Vulkan würde sich an Statistiken halten und regelmäßig alle 300 Jahre ausbrechen, wäre es schon rein rechnerisch bald wieder soweit). Sie warnen jedoch jetzt schon eindringlich davor, da seine Auswirkungen die am dichtesten besiedelten Gebiete in Europa treffen könnten. Außerdem läßt sich nicht die Größe der zukünftigen Eruption bestimmen. Es soll in der Vergangenheit durchaus schon doppelt so große Laki-Ausbrüche gegeben haben.

A present-day Laki eruption would provide a very large source of SO2 and acidic aerosol over Europe and could affect a very densely populated area [1].

[Ein Laki-Ausbruch in der heutigen Zeit würde eine enorme Menge an SO2 freisetzen, saure Aerosolwolken über Europa verteilen und so ein dichtbesiedeltes Gebiet treffen. Übers. SB-Red.]

Unabhängig von den Einzelheiten der Studie, ihren Implikationen über langfristige oder kurzfristige Exposition mit den Feinstaubkonzentrationen, der Abhängigkeit ihrer Verteilung vom Wetter uvam., was den Rahmen dieses Berichts sprengen würde, können die Zahlen der Leeds-Forscher nur das belegen, was einem der gesunde Menschenverstand schon sagen müßte und unter anderem auch deshalb in irgendeiner Weise in die Rechnerprogramme einging: Eine neuerliche Vulkanerruption in Island oder anderswo von der Größe des Laki-Ausbruchs 1783 wird aufgrund des Schadstoffeintrags in die Atmosphäre eine gesundheitliche Katastrophe größten Ausmaßes mit unzähligen Todesfällen nach sich ziehen. Von den Auswirkungen einer isländischen Naturkatastrophe würden nach Holland und Belgien vor allem Großbritannien am schlimmsten heimgesucht. Hier würden sich die normale Anzahl der Todesfälle um 3,5 Prozent erhöhen.

In der Diskussion zu ihrer Studie weisen die Autoren zum einen auf mögliche Lücken in ihrer Simulation hin, was die gesundheitliche Auswirkung von höheren Konzentrationen an Schwefeldioxid (SO2) angeht, die beispielsweise eine Veranlagung zu Asthma auslösen oder verschlimmern können. Inhalationen höherer Konzentrationen (mehr als 10 ppm SO2) lösen bekanntlich Bronchokonstriktion [= Zusammenziehen der Bronchialmuskulatur oder Krämpfe] aus [6].

Leider wurde in der Studie wenig über die zugrundegelegten chemischen Wechselwirkung der in den vulkanischen Ausstößen enthaltenen Stoffe oder über die Entstehung der Sulfat-Partikel gesagt. Macht man sich klar, daß es sich hierbei vermutlich um eine durch die an den Staubpartikeln haftenden Schwermetalle ausgelöste Katalyse von SO2 zu SO3 und weitere Umsetzung zu H2SO4 (Schwefelsäure) handelt [ähnlich der Prozesse, mit denen man früher das Auftreten von "Übersterblichkeit" in Inverswetterlagen erklärte, bei denen der berüchtigte "Londoner-Smog" auftrat], könnte man möglicherweise weitere katalytische Prozesse annehmen, die zu anderen teilweise noch toxischeren schwefelhaltigen Substanzen führen [7].

Das läßt vermuten, daß die Studie nur eine sehr grobe Schätzung des toxischen Potentials eines solchen Ausbruchs wiedergibt, zumal PM 2,5 Feinstaub-Partikel eine ganze Palette von Stoffen enthalten können, die miteinander interagieren und, angeregt durch ebenfalls nicht genau vorhersagbare atmosphärische Prozesse unter Einfluß von energiereichen kosmischen oder UV-Strahlen, zahlreiche, nicht absehbare Reaktionsprodukte aus diesem brisanten Gemisch entstehen könnten, so daß die prognostizierten Todesfälle im Ernstfall eher noch überschritten werden könnten.

Auch dieser letztgenannte Einfluß photochemischer Aktivität, d.h. der Einfluß von Sonnenlicht auf die chemischen Reaktionen, wird in der Diskussion erwähnt, allerdings im Zusammenhang mit dem jahreszeitlichen Einfluß auf das toxische Potential eines solchen Ausbruchs. So würden einem Ausbruch im Sommer wegen der größeren photochemischen Aktivität in der Stratosphäre und Troposphäre vermutlich höhere Werte in den Statistiken folgen, also letztlich mehr Todesfälle und schwerwiegendere Erkrankungen als im Winter.

Da leider keine detaillierten Hinweise in der Studie zu finden sind, ob man praktisch von fertigen im Schmelztiegel des Vulkans erzeugten Schadstoffen ausgehen muß, die in die hohen Luftschichten und Wolken geblasen werden, oder ob erst an den feinverteilten zufälligen Staub-Katalysatoren die schwersten Schadstoffe entstehen sollen, kann man nur vermuten, daß die Forscher in Leeds mit ihren Spekulationen über die gesundheitlichen Auswirkungen einer künftigen Laki-Eruption vielleicht beim noch unspezifischen Kratzen an der Oberfläche dieses Problems bereits in ein Wespennest gestochen haben. Mit Sicherheit sind die gesundheitlichen Beeinträchtigungen, die von Schwefelsäure, schwefeliger Säure, Schwefelwasserstoff, Sulfit- und Sulfat-Partikeln ausgehen, nur ein Anfang der stofflichen Gefahren, die es zu berücksichtigen gilt.

Schließlich waren die atmosphärenchemischen Verhältnisse in den Jahren vor der industriellen Revolution also auch in den Jahren 1783/84 ganz anders als heute und sie werden sich in den nächsten Jahren schon wieder geändert haben. Man muß davon ausgehen, daß viele allgemein nicht so beachtete Industrieabsonderungen in die höheren Atmosphärenschichten gelangen, die unter den gegebenen photochemischen Bedingungen möglicherweise zu bisher noch ganz unabsehbaren Reaktionen führen können. Und daß auch kleine unter den üblichen toxischen Grenzwerten applizierte Mengen an Schadstoffen zu Befindlichkeits- bis zu schwersten Gesundheitsstörungen führen können, ist bereits ein Thema, das derzeit zunehmend epidemiologische Bedeutung erlangt.

Doch gerade wenn mit der Studie (wörtlich übersetzt:) "Übersterblichkeit in Europa nach einem isländischen, Laki-ähnlichen Vulkanausbruch" nur die Spitze eines Eisbergs berührt wird, dessen tatsächliches Ausmaß in allen Einzelheiten vorherzusagen die beschriebenen Wetter- und Atmosphären-Modelle wohl überfordern würde, scheint es umso wichtiger, wie hierin beispielhaft, die unpopuläre und wenig wahrscheinliche Möglichkeit einer allerdings schwerwiegenden Eruption (mit ungeahnt toxischen Ausmaßen) mit wissenschaftlichen Daten zu hinterlegen, damit man im Ernstfall nicht blind in die Katastrophe stolpert (man denke nur an die Dreifachkatastrophe aus Erdbeben, Tsunami und der daraus folgenden Havarie mehrerer Kernreaktoren in Japan im März 2011 oder die Häufung von Erdbeben in letzter Zeit). Um Politikern, die selbst für offensichtliche, naheliegende Umweltgefahren selten ein offenes Ohr haben, wenn sie nicht mit hochkalibrigen wissenschaftlichen Fakten untermauert sind, eine fundierte Entscheidungshilfe zu geben, sollten die Ergebnisse der jüngsten und für diesen Zweck sehr ausführlichen Studie von Anja Schmidt, Bart Ostro, Kenneth S. Carslaw, Marjorie Wilson, Thorvaldur Thordarson, Graham W. Mann, und Adrian J. Simmons [8], gewürdigt werden, selbst wenn computersimulationsgestützte Statistiken nicht alles abdecken können, was ein Ernstfall mit sich bringt.


*

Zum möglichen Ausmaß der Gefahr und weiteren Fragen, die durch diese Studie angesprochen wurden, kamen wir mit der Leiterin der Studie, Frau Dr. Anja Schmidt, ins Gespräch:


Dr. Anja Schmidt (University of  Leeds) - Foto: © 2011 by Anja Schmidt

Dr. Anja Schmidt (University of Leeds)
Foto: © 2011 by Anja Schmidt
Schattenblick: Frau Dr. Schmidt, Sie schreiben in Ihrem Artikel in den PNAS:

In summer A.D. 1783, many countries in the northern hemisphere witnessed an atmospheric phenomenon often referred to as the "great dry fog" or "haze" caused by a widespread sulfuric acid cloud linked to volcanic activity in Iceland (ref. 9 and references therein). The Laki flood lava eruption emitted approximately 122 Tg of SO2 over the course of 8 mo, comparable to global anthropogenic SO2 emissions of approximately 115 Tg during the year 2005 (10).

[Im Sommer 1783 wurden zahlreiche Länder der nördlichen Hemisphäre Zeuge eines atmosphärischen Phänomens, vielfach als "Großer trockener Nebel" oder "Dunstschleier" bezeichnet, der durch eine ausgedehnte Schwefelsäurewolke im Zusammenhang mit Vulkanaktivitäten auf Island gebildet wurde. - Übersetz. SB-Red.]

Im Zusammenhang mit dem Umweltproblem "nicht-entschwefelter" fossiler Brennstoffe hat man in der Vergangenheit immer davon gesprochen, daß bei ihrer Verbrennung Schwefeldioxid entsteht, das als Säureanhydrid der "Schwefligen Säure" (sulphureous acid H2SO3) gemeinsam mit der Luftfeuchtigkeit zur Säure wird (saurer Regen), die in der Säurewirkung nicht an die von Ihnen zitierte Schwefelsäure herankommt. Außerdem erwähnen Sie in Ihrer Studie eine ganze Reihe schwefelhaltiger Reizstoffe und gehen im atmosphärenchemischen Modell GLOMAP auch von schwefelhaltigen Luftschadstoffen aus wie Dimethylsulfid, die aus anderen als vulkanischen Quellen stammen.

Muß man bei schwefelhaltigen vulkanischen Aktivitäten tatsächlich mit der Bildung derart gefährlicher Stoffe wie Schwefelsäure rechnen? Und wie kommen sie Ihrer Meinung nach zustande?

Dr. Anja Schmidt: Während einer Vulkaneruption werden Gase wie zum Beispiel Schwefeldioxide und Schwefelwasserstoff in die Atmosphäre emittiert. Die Ausstoßmenge variiert von Vulkan zu Vulkan und auch von Eruption zu Eruption ein und desselben Vulkans. Durch die Anwesenheit von Schwefeldioxid und Wasser in der Atmosphäre entsteht schwefelige Säure und schließlich feinste Schwefelsäure-Partikel. Zum Beispiel haben Wissenschaftler diese Schwefelsäure-Partikel oder Aerosole nach dem Ausbruch des Vulkans El Chichón in Mexiko 1982 in der Atmosphäre nachgewiesen, und nach dem Ausbruch des Pinatubo 1991 ergaben Messungen, daß ein typisches Vulkanaerosol zu mindestens 75% aus Schwefelsäure besteht.

SB: Muß man dann nicht insgesamt von unvorhersagbar stark oxidativen Prozessen ausgehen, so daß die Bildung des SO3 (Anhydrid der Schwefelsäure H2SO4) nur ein Anfang oder vielleicht die Spitze des Eisbergs wäre? Sie sprechen in Ihrer Studie (bei den historischen Aufzeichnungen) bereits Schwefelwasserstoff (H2S) an, ein sehr giftiges, ebenfalls Schwefel enthaltendes, tödliches Atemgas, das am Geruch nach faulen Eiern zu erkennen ist. Welche anderen gesundheitsgefährdenden Giftstoffe sind Ihrer Meinung nach vorstellbar, die durch vulkanische Prozesse erzeugt werden könnten?

AS: Zunächst ist es wichtig, sich klarzumachen, daß Schwefelwasserstoff eine reduzierte Schwefelform ist, daher wird es in der Atmosphäre sehr schnell zu Schwefeldioxid oxidiert. Reizungen der Augen und Schleimhäute durch Schwefelwasserstoff treten bereits bei geringen Konzentrationen auf, eine akute Gesundheitsgefahr besteht jedoch nur bei sehr hohen Konzentrationen, welche normalerweise nur in unmittelbarer Nähe eines Vulkans zu erwarten sind.

Eine weitere Gefahr für die Gesundheit entsteht durch den Ausstoß von Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoff. Letzteres bildet fluoridhaltige Partikel, die zum Beispiel von Weidetieren in der Nähe des Vulkans aufgenommen werden und zu Fluorose führen können.

SB: Wäre denkbar, daß z.B. Oxidationsprozesse in der Stratosphäre oder in der Troposphäre unter UV- oder anderer energiereicher kosmischer Strahlung stattfinden oder kommen die schwefelsäurehaltigen Aerosole und andere giftige Verbindungen gewissermaßen "fix und fertig" aus dem "Vulkanreaktor" (also bei den dort herrschenden sehr hohen Temperaturen unter Anwesenheit von katalysierenden Metallen usw.)?

AS: Messungen am Vulkan Masaya in Nicaragua und anderen Vulkanen haben gezeigt, daß schwefelsäurehaltige Aerosole direkt aus dem Vulkanschlot in die Atmosphäre emittiert werden können. Bisher haben Wissenschaftler keine schlüssige Erklärung für dieses Phänomen. Es liegt jedoch nah, daß die hohen Temperaturen und hochoxidativen Bedingungen im Schlot des Vulkans geeignete Bedingungen für die Umwandlung von unreaktiven zu reaktiven chemischen Substanzen bieten. Die Mehrzahl der schwefelsäurehaltigen Aerosole entsteht jedoch, wie zuvor erläutert, in der freien Atmosphäre durch die Oxidation des ausgestoßenen Schwefeldioxids.

SB: Wie stehen Sie bei Ihrem Wissen über mögliche gesundheitliche Konsequenzen zu geplanten künstlichen Einträgen zum Beispiel von Schwefeldioxid in die Stratosphäre, wie sie bei einer speziellen Form des Geoengineering geplant sind?

AS: Bei der von Ihnen angesprochenen Form des "Geoengineering" standen die Prinzipien eines Vulkanausbruchs Pate. Persönlich glaube ich, daß wir, trotz intensiver Recherche, nicht wirklich in der Lage sind, alle denkbaren Auswirkungen und Gefahren einer solchen künstlichen Beeinflussung der Atmosphäre und des Klimasystems zu kennen - geschweige denn, sie unter Kontrolle zu haben. Ich denke, daß die Auswirkungen der zusätzlichen Aerosole auf die menschliche Gesundheit nur eine der potentiellen Gefahren darstellt und möglicherweise weitere, noch drastischere Gefahren entstehen können wie zum Beispiel eine Veränderung des Niederschlagsmusters über einzelnen Regionen.

SB: Spiegel Online sprach kurz nach der Veröffentlichung Ihrer Studie in PNAS in einem Artikel von "Tödlicher Säure aus Islands Vulkanen" und schrieb in dem Zusammenhang:

"Die Folgen waren dramatisch: Schwefeltröpfchen blockierten das Sonnenlicht, der sogenannte große Nebel hing über Europa, ein bläulicher Dunst. Er verdarb drei Jahre lang die Ernte; Hungersnöte brachen aus. Gravierender noch wirkte das Gift: Der Schwefelschleier aus Island ließ Vögel in Massen tot vom Himmel fallen. Regentropfen brannten Löcher in die Haut geschorener Schafe. Der Säureregen ließ Pflanzen verwelken. Menschen erlitten Lungenkrankheiten, viele starben. Manche Historiker glauben, daß der Laki-Ausbruch soziale Unruhen auslöste und so die Französische Revolution 1789 beförderte."

Bei den von Ihnen in die Bewertungen eingehenden PM 2,5 Partikel bleibt die genaue chemische Zusammensetzung der Teilchen ja eigentlich offen. Sie können neben Schwefelverbindungen theoretisch auch andere Stoffe wie Schwermetallstaub u. dgl enthalten. Halten Sie das drastische Szenario, das der Spiegel so schön eindrücklich schildert, ebenfalls für denkbar? Und wie nahe an einem zukünftigen Szenario (sollte der Laki erneut ausbrechen) würden Sie Ihre eigenen Studienergebnisse ansiedeln? Könnte es eher noch schlimmer kommen, oder gehen Sie bei Ihren Schätzungen von der denkbar höchsten Gefährdung durch PM 2,5-Partikel (also dem worst case scenario) aus?

AS: In unserer Studie haben wir einzig und allein den Zusammenhang zwischen der durch den simulierten Vulkanausbruch erhöhten Feinstaubpartikelanzahl und Gesundheitsgefahren für den Menschen quantifiziert. Von anderen Modellierungsstudien und auch durch Messungen wissen wir, daß eine erhöhte Anzahl vulkanischer Aerosole in der Atmosphäre dazu führen kann, daß weniger energiereiche Strahlung der Sonne (durch die Streuung und Absorption an diesen Kleinstpartikeln) die Erdoberfläche erreicht. Dies führt letztendlich zu einer Abkühlung des Klimas, was wiederum Folgen für die Umwelt haben kann - zum Beispiel kann sich die Anbausaison in der Landwirtschaft verkürzen. Wir wissen erstaunlich viel über die Auswirkungen der Laki-Eruption in Europa, weil aufmerksame Zeitzeugen in großen Teilen Europas ihre Beobachtungen niedergeschrieben haben. Das vom Spiegel geschilderte Szenario beruht größtenteils auf diesen historischen Berichten über die Folgen der Laki-Eruption.

Ich gehe davon aus, daß wir heutzutage mit weiteren, jedoch ähnlich drastischen Folgen rechnen müssen, sollte es zu einer lang anhaltenden Eruption in Island kommen. Zum Beispiel importieren wir einen Großteil unserer alltäglichen Lebensmittel - man denke nur daran, was passieren würde, wenn der Luftraum über Europa für mehrere Wochen oder gar Monate geschlossen bliebe. Unsere heutige Gesellschaft ist zuhöchst vom Flugverkehr abhängig und schon kleinste Störungen können einen direkten Einfluss auf die Wirtschaftslage haben. Ich möchte noch einmal betonen, daß wir mit unserer Studie nur eine mögliche Folge einer Laki-Eruption quantifiziert haben: die potentiellen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit im hier und jetzt. Nun müssen weitere Studien folgen.

SB: Frau Dr. Schmidt, haben Sie vielen Dank für das Gespräch.


Quellen:
[1] Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (ww.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1108569108)

[2] siehe Berichterstattung des Schattenblicks zur Konferenz "Severe Atmospheric Aerosol Events" (11.-12.8.2011) in Hamburg:
Schattenblick → INFOPOOL → UMWELT → REPORT → BERICHT/004 bis 011: Klima, Aerosole - Schadensträger im Fadenkreuz, Teil 1 bis 8 (SB) und
Schattenblick → INFOPOOL → UMWELT → REPORT → INTERVIEW/003 bis 008 bzw. über die URLs:
http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/ip_umwelt_report_bericht.shtml
http://www.schattenblick.de/infopool/umwelt/ip_umwelt_report_interview.shtml

[3] Das österreichische Bundesumweltamt definiert PM2,5 beispielsweise auf seiner Webseite
http://www.umweltbundesamt.at/umweltsituation/luft/luftschadstoffe/staub/pm25/
wie folgt: "Die als Feinstaub (PM2,5) bezeichnete Staubfraktion enthält 50% der Teilchen mit einem Durchmesser von 2,5 Mikrometer, einen höheren Anteil kleinerer Teilchen und einen niedrigeren Anteil größerer Teilchen. PM2,5 ist eine Teilmenge von PM10 - Partikel dieser Größe können bis in die Lungenbläschen gelangen. Sie sind maximal so groß wie Bakterien und können daher mit freiem Auge nicht gesehen werden. Der gut sichtbare Staub, der bei Baustellen oder durch Streusplitt entsteht, besteht zum Großteil aus Grobstaub. Durch die geringe Größe der Feinstaub-Partikel, der daraus resultierenden langen Verweilzeit in der Atmosphäre (Tage bis Wochen) und der atmosphärischen Transportdistanz von bis zu 1.000 km ist PM2,5 von hoher nationaler und internationaler Relevanz."
In der Studie von Anja Schmidt sind mit PM2,5 u.a. auch zu Größe von 2,5 Mikrometer kondensierte oder agglutinierte Schwefeldioxidtröpfchen oder Aerosolpartikel, also ein sauer wirkender und daher stark reizender Nebel gemeint, der bei besonders schwefelreichen Vulkaneruptionen erwartet werden kann.

[4] House of Commons, Science and Technology Committee, 1. Dezember 2010, siehe URL:
www.publicatons.parliament.uk/pa/cm201011/cmselect/cmsctech/498/10120102.htm

[5] Pressemitteilung School of Earth and Environment, University of Leeds, homepage: "Acidic clouds from large-scale Icelandic volcanoes: a severe public health hazard", 20. September 2011
(siehe URL: http://www.see.leeds.ac.uk/news/news- inner/?no_cache=1&tx_ttnews[tt_news]=71&tx_ttnews[backPid]=8)

[6] W. Forth, D. Henschler, W. Rummel, Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie, BI-Verlag 1975, Seite 585ff

[7] Schwefelwasserstoff, H2S. Das intensiv nach faulen Eiern riechende Gas (Geruchschwelle bei 0,025 ppm) entsteht bei der Einwirkung starker Mineralsäuren auf Schwermetallsulfide [in vulkanischen Aerosolen sind sehr wahrscheinlich Schwermetallsulfide = Erze enthalten, starke Mineralsäuren (Schwefelsäure) entsteht durch die vorher geschilderten Prozesse in der Atmosphäre; Anm. d. SB-Red.] und bei der reduktiven Zersetzung von Eiweiß [...] Der Wirkmechanismus ist noch nicht vollständig geklärt. Zwar blockiert H2S in vitro in hoher Konzentration Metallenzyme, entweder durch Sulfidbildung an den zentralen Metallatomen oder durch SH-Blockade (v.a. Gluthathion). Insofern erinnert H2S an HCN. Doch liefert das Vergiftungsbild keine Hinweise, ob und welche Enzyme im praktischen Falle betroffen sind. Die Vergiftung ist gekennzeichnet durch Bewußtseinsverlust und zentrale Atemlähmung. Sie kann schon nach wenigen Atemzügen eintreten. Geringere Konzentrationen erzeugen Hyperpnoe, Schwäche, evtl Krämpfe; bei protahiertem Verlauf ist Lungenödem möglich. Spätfolgen sind Pneumonie und Herzumuskeldegeneration (aus: Forth, Henschler, Rummel, Allgemeine und spezielle Pharmakologie und Toxikologie, BI-Verlag 1975 Seite 586ff).

[8] Anja Schmidt (a), Bart Ostro (b,c), Kenneth S. Carslaw (a), Marjorie Wilson (a), Thorvaldur Thordarson (d), Graham W. Mann (a,e), und Adrian J. Simmons (f)
a = School of Earth and Environment, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom;
b= Centre for Research in Environmental Epidemiology, E-08003 Barcelona, Spain;
c = California Office of Environmental Health Hazard Assessment, Oakland, CA 94612;
d = School of GeoSciences, Grant Institute, University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JW United Kingdom;
e = National Centre for Atmospheric Science, School of Earth and Environment, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, United Kingdom; and
f = European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, Reading RG2 9AX, United Kingdom

19. Oktober 2011



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