Vor kurzem habe ich ein ziemlich beeindruckendes Video vom Vulkanausbruch des Calbuco im April gesehen:
Die Pilzform der Aschewolke kommt nicht von ungefähr. Sie entsteht immer, wenn Luft plötzlich sehr stark aufgeheizt wird und aufsteigt. Bei so einem Ausbruch wird viel Energie frei und es lässt sich auch ganz gut abschätzen, wieviel. Auch bei einer explosiven Eruption steckt äußerst wenig Energie in der Explosion. Die eigentliche Energie steckt in der Lava und der Asche. Die Asche ist natürlich auch nur Lava, aber sie ist wird durch Wasserdampf, CO2, Schwefelwasserstoff und andere Gase in so fein zerteilt, dass nur Asche übrig bleibt.
Die Mengen die dabei frei werden sind selbst bei vergleichsweise kleinen Eruptionen ziemlich groß. Die Eruption des Calbuco war am unteren Ende für einen VEI Index von 4 und damit recht durchschnittlich. Es gibt solche Eruptionen jedes Jahr, meistens mehrere. Um diese Größe zu erreichen muss ein Vulkan 100mio Kubikmeter Asche ausstoßen, beim Calbuco waren es knapp 200mio Kubikmeter. (Für die VEI 5 des Vesuvausbruchs, der Pompeii zerstörte brauchte es 1 Mrd. Kubikmeter, für VEI 6 wie beim Pinatubo mindestens 10Mrd, der VEI 7 Ausbruch des Tambora hatte über 100 Mrd. Kubikmeter.)
Die Asche besteht auch am Boden noch zu mehr als der Hälfte aus Luft. Ohne die Hohlräume hätten Stoffe wie Dacit und Andesit eine Dichte von knapp 3 Tonnen pro Kubikmeter, mit den Hohlräumen kann man von ungefähr einer Tonne pro Kubikmeter ausgehen. Diese Asche ist beim Verlassen des Vulkans etwa 1000 Grad heiß, plus oder minus ein paar hundert Grad.
Mit etwas Suchen findet man auch die Wärmekapazität mit etwas über 1MJ/tK. Wenn eine Tonne Andesit um ein Grad abkühlt, wird also etwa 1MJ Energie frei. Wir haben es hier mit etwa 200mio Tonnen zu tun. Um gleich ein schönes Ergebnis zu bekommen nehme ich jetzt an, dass die Asche in der Luft um 840 Grad abgekühlt wird. (Da die Wärmekapazität etwas zu niedrig ist, bleibt noch etwas Spielraum. Aber das reale Ergebnis kann durchaus etwas niedriger sein.)
Die Energiemenge aus dem Vulkanausbruch entspricht damit insgesamt 200mio t * 840K * 1 MJ/tK = 168.000mio MJ. Die Energie von 1 kg TNT ist auf etwa 4,2MJ/kg normiert. Die Energiemenge beim Ausbruch des Calbuco entspricht damit 40 Millionen Tonnen TNT. Das ist fast so viel wie die Energie der größten jemals getesteten Wasserstoffbombe.
Es ist nur das Gewicht der Asche, dass die Wolken davon abhält noch weiter aufzusteigen. Größere Ausbrüche, wie der des Pinatubo, kommen auf die hundertfache Energiemenge. Allerdings sollte man die Energie auch nicht überschätzen. Würde man mit der Energie des Calbuco Ausbruchs einige der effizientesten Geothermie Kraftwerk betreiben, könnte man damit nur etwa 1,5 Jahre lang 1GW Strom erzeugen.
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