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Forschung:Für Vulkanologen ist die Welt in Aufruhr

Ecuador's Tungurahua volcano erupts near Banos

Der Tungurahua in Ecuador gehört zu Donald Dingwells Lieblingsvulkanen. Er bricht regelmäßig aus, und die Menschen in seiner Umgebung haben gelernt, mit der Bedrohung zu leben.

(Foto: Reuters)

Donald Dingwell ist Spezialist für experimentelle Geologie. Er befasst sich mit dem Ursprung des Lebens und der Zukunft der Erde. Ein Besuch im Keller der LMU, wo künstliche Vulkane explodieren.

Von Martina Scherf

Donald Dingwell setzt die Ohrenschützer auf, gleich wird es laut. Sein Doktorand Markus Schmid bereitet im Keller des Departments für Geo- und Umweltwissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität den nächsten Vulkanausbruch vor. Drei, zwei, eins, dann legt er den Hebel um. Es knallt gewaltig, und in der meterhohen Metallröhre schießt eine Gas-Staub-Fontäne nach oben. Die Hochgeschwindigkeitskamera hält die Explosion fest, auf dem Monitor ist eine weiße Wolke zu sehen. Für Laien nicht wirklich spektakulär - aber die Wissenschaftler entdecken in jedem dieser Bilder ein weiteres Puzzleteil, um künftig Vulkanausbrüche genauer vorhersagen zu können.

Für Vulkanologen ist die Welt in Aufruhr. Schon immer. Um besser zu verstehen, was im Inneren der Vulkane passiert, steht das ganze Untergeschoß des Instituts in der Theresienstraße voller Versuchsanlagen. Nirgendwo sonst gibt es diese Vielfalt an Experimenten. Jeden Tag explodieren in Dingwells Keller künstliche Vulkane, fünf an der Zahl. Aber es gibt auch ein Säure- und ein Gaslabor, um verschiedene Szenarien nachzubilden, Hochdruckkammern, in denen man Gase und Festkörper miteinander reagieren lässt, und unzählige blaue Backöfen, in denen bei 1600 Grad Celsius Steine aus aller Welt geschmolzen werden. "Vulkan ist nicht gleich Vulkan", sagt Dingwell, während er eine Stahltür nach der anderen aufschließt. Jeder Vulkan hat seine geologischen, chemischen, physikalischen Eigenheiten. Dingwell geht ihnen auf den Grund.

Der gebürtige Kanadier, 62, ist Direktor des Departments für Geo- und Umweltwissenschaften an der LMU und einer der weltweit führenden Vulkanologen. Er hat sich auf experimentelle Vulkanologie spezialisiert und diese Wissenschaft zur Exzellenz getrieben. Die Europäische Union fördert seine Forschung mit mehreren Millionen Euro. Denn Vulkanausbrüche sind nicht nur eine tödliche Gefahr für die Menschen, die in unmittelbarer Nähe der Berge leben. Sie haben Folgen für Wirtschaft und Umwelt, oft für viele Jahre.

Im Jahre 79 nach Christus löschte der Vesuv Pompeji aus und begrub Menschen, Tiere, Häuser unter seiner Asche. Der römische Geschichtsschreiber Plinius der Jüngere berichtete wie ein Wissenschaftler von der Rauchwolke, die auf ihn zukam: "Ihre Gestalt lässt sich am besten mit der einer Pinie vergleichen, sie hob sich wie auf einem sehr hohen Stamm empor und teilte sich dann in mehrere Äste..."

Etwa 1500 Landvulkane sind weltweit bekannt

In die Geschichtsbücher ging auch ein Ausbruch auf Vanuatu im Südpazifik ein, der 1453 den Himmel so lange verdunkelte, dass das Meer vor Korea zufror und die Menschen an Hunger und Kälte starben. Ähnlich wie bei der Eruption auf Sumbawa 1815: Sie führte zu "einem Jahr ohne Sommer", mit Missernten und Seuchen. Und als der Eyjafjallajökull auf Island im Jahr 2010 explodierte, legte er den Flugverkehr in weiten Teilen Europas lahm.

Rund 1500 Landvulkane sind weltweit bekannt, wie viele unter Wasser schlummern, lässt sich nicht genau sagen. Obwohl viele von ihnen heute mit modernster Technik beobachtet werden, sind genaue Vorhersagen noch immer schwer, sagt Donald Dingwell. Sensoren messen kleinste Erschütterungen, Mikrofone nehmen das typische Rumpeln im Inneren auf. Dingwell selbst beschrieb ein unheilvolles "Flüstern" der Magma vor einem Ausbruch. Drohnen und Satelliten registrieren jede Veränderung, sie zeichnen auf, wie der Vulkan sich aufbläht, bevor er explodiert.

"Die Daten sind enorm wichtig", sagt Dingwell, "aber all diese Instrumente können den Vulkan nur von außen analysieren. Während des Ausbruchs kommt ja keiner näher ran." Die Münchner Geologen wollen aber wissen: Was passiert innen drin? Wie entsteht der gewaltige Druck? Wo tritt das kochende Gemisch aus Gas und flüssigem Gestein aus? Warum schießen mancherorts riesige Felsbrocken, sogenannte Bomben, nach draußen? Und warum beschleunigt sich die Feuerwalze an manchen Orten bis auf 250 Stundenkilometer, während sie sich an anderen Stellen verlangsamt? Wie hoch steigt die Asche in die Stratosphäre? Um Antworten auf all diese Fragen zu erhalten, stellen Dingwell und seine Mitarbeiter die chemischen und physikalischen Vorgänge im Labor nach.

Und dann überprüfen sie diese Erkenntnisse in der Natur. Vor der Corona-Pandemie reiste Dingwell mit Studenten und Doktoranden mindestens ein, zwei Mal im Jahr zu einem aktiven Vulkan. Den Stromboli in Italien beobachten sie genau. Der rumpelt und spuckt ja ständig, "im vergangenen Jahr war er besonders aktiv", sagt Dingwell. Des Forschers Lieblingsvulkan ist der Tungurahua in Ecuador, "der hat innerhalb von Minuten ganze Dünenfelder geformt". Dingwell neigt als Naturwissenschaftler nicht zum Pathos. Aber wenn er nach einem Ausbruch als Erster am Fuß eines Berges steht, die noch heiße Lava unter seinen Stiefeln, "da fühlt man sich wie am Beginn der Schöpfung".

Tiefer Respekt vor der Natur

Dann beginnt die Arbeit. Dann vergleichen sie ihre Eruptionsprodukte aus dem Labor mit den Fundstücken in der Natur und ihre experimentell erzeugten Signale mit dem echten Donnern, Flüstern oder Blitzen eines Vulkans. "Und stets stehen wir vor der Frage: Was können wir Forscher, und was lehrt uns dieser Berg?" Die Demut vor der Natur, dieser "tiefe, tiefe Respekt", den habe er schon als Kind in der kanadischen Wildnis gelernt, sagt Dingwell. Das will er auch seinen Studenten vermitteln. Menschen, die in Städten leben, hätten dieses Gefühl oft nicht mehr. Sie wollten im Urlaub den schnellen Kick, ein gutes Foto, gerne auch vom Rand des rauchenden Vulkankraters. "Man hat den Eindruck, es gehe darum, die Natur zu besiegen. Aber das können wir nicht."

Das "Bauchgefühl", sagt Dingwell, spiele durchaus eine Rolle in seiner Forschung. "Und wenn man merkt, man liegt richtig, dann ist das wie eine innere Explosion." Er lächelt dabei zufrieden. Schon oft hat ihn sein Bauchgefühl richtig geleitet.

Dingwells Lehrstuhl für Mineralogie und Petrologie befindet sich im dritten Stock des Departments. In seinem Büro sind überall Gesteinsproben verteilt, auf dem Schreibtisch, auf dem Beistelltisch, auf dem Boden, auf dem Fensterbrett, überall liegen Tüten und Stoffsäckchen, stehen Gläser und Kisten mit Vulkanasche aus China, Basalt aus Hawaii, Obsidian aus Chile und Vulkanschlacken von der bayerisch-tschechischen Grenze. Der Geologe mag den haptischen Bezug zu seinem Forschungsgegenstand. "Was Sie hier sehen, ist ein bisschen messy", sagt er mit seinem leichten kanadischen Akzent - aber natürlich weiß er genau, welchen Stein er wo findet in all dem Durcheinander.

Vulkanologe Donald Dingwell an der LMU in München, 2019

Dingwell wuchs an der kanadischen Ostküste auf, einer rauen, wilden Gegend. Steine bedeuten ihm alles.

(Foto: Alessandra Schellnegger)

Er nimmt einen schweren Obsidian in die Hand. Dieser glänzende schwarze Stein ist vulkanisches Glas. Dem Vulkanologen erzählt er seine eigene Geschichte. "Schauen Sie mal die Linien an", sagt Dingwell und fährt mit dem Finger an den zarten weißen Streifen entlang. "Der Stein bricht, fließt, bricht, fließt, und wenn er am Ende abgekühlt und fest geworden ist, zeichnen sich für uns hier alle Magma-Prozesse innerhalb des Vulkans ab."

Die Wände in Dingwells Büro sind lückenlos mit gerahmten Auszeichnungen tapeziert. Er kann sie selbst nicht mehr alle zählen - deutsche, europäische und internationale Forschungspreise, dazu der Verdienstorden der Bundesrepublik Deutschland am Bande und der Order of Canada, die höchste Auszeichnung seines Heimatlandes. Sie sind ihm wichtig, das ist zu spüren. Aufgewachsen ist der Sohn eines Eisenbahners in Neufundland, einer rauen, steinigen Gegend am Atlantik, konservativ, und "mit sehr eigenständigen Menschen". Deshalb habe er sich auch in Bayern von Anfang an wohlgefühlt.

Als er 1987 - er forschte damals an der Universität von Toronto - einen Anruf vom Direktor des Umweltinstituts in Bayreuth erhielt, konnte er kein Wort Deutsch. Doch die Forschung der Franken hatte einen internationalen Ruf. Dingwell flog hin. Und blieb. Er habilitierte sich in Bayreuth und bemerkte bald den hohen Stellenwert, den die akademische Welt im Land der Dichter und Denker genießt. "Wenn ich Brötchen kaufen ging, kam es vor, dass mich jemand fragte: Arbeiten Sie beim Ami? Wenn ich antwortete: Nein, an der Universität, dann erntete ich immer Bewunderung." Diese Anerkennung schätze er besonders an Deutschland, sagt er.

Dingwell schätzt die Freiheit der Wissenschaft

Vor 20 Jahren kam er nach München. Er hat ein international renommiertes Department aus fünf Lehrstühlen - Geologie, Geobiologie & Paläontologie, Mineralogie, Kristallografie und Geophysik - mitbegründet. Das kleine Museum Reich der Kristalle liegt gleich nebenan. Und vor allem baute er die experimentelle Vulkanologie auf. "Ich bin Opportunist", sagt er und lacht, "aber im englischen Sinne, indem ich gelernt habe, opportunities zu erkennen und zu nutzen."

Die europäische Forschungsförderung (ERC), deren Generalsekretär er einige Jahre war, sei enorm wertvoll, gerade in diesen Zeiten. "Wenn ich merke, dass wir mit einem Projekt auf der falschen Spur sind, können wir es ändern, ohne Druck von privaten Geldgebern oder von Regierungen, die bestimmte Ergebnisse erwarten." Das sei auch Politik an der LMU, diese Spielräume zu wahren. "Als ich neu in Deutschland war, habe ich erst zu schätzen gelernt, dass die Freiheit der Wissenschaften hier im Grundgesetz verankert ist", sagt er. "Dieses hohe Gut müssen wir verteidigen." Er klopft dabei mit dem Zeigefinger auf den Tisch. Denn weltweit gebe es Tendenzen, daran zu rütteln.

Als Geologe denkt Dingwell aber ohnehin nicht in Wahlperioden, sondern in Äonen. Und Vulkane spielten von Anbeginn der Zeit eine Rolle. "Unser Planet sähe ganz anders aus ohne Vulkanismus." Dass es bald Exkursionen zum Mond und zum Mars geben soll, sei "ein Glück", freut sich Dingwell. Spannend wäre auch eine Reise zur Venus, dort vermuten Forscher noch aktive Vulkane. "Ich würde da selber nie hinfliegen und es meinem Sohn nicht empfehlen, aber die Erkenntnisse aus solchen Expeditionen werden unsere Wissenschaften revolutionieren."

Seit einigen Monaten steht im Keller noch ein ganz besonderer Stahlzylinder. Darin zucken Blitze durch ein Gasgemisch wie zu den Anfängen der Atmosphäre und treffen auf Gestein, aus dem sich chemische Elemente lösen. "Wenn man wissen will, wie Leben entstand, kann man die Steine ja nicht unberücksichtigt lassen", sagt Dingwell. Sie waren schließlich schon längst da, bevor die ersten Aminosäuren entstanden. Ohne Steine, das ist für den Forscher klar, wäre alles nichts.

© SZ vom 12.11.2020/aner/van
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