Bromine and chlorine chemistry in volcanic plumes

• Antragstellerin: Dr. Nicole Bobrowski
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 183111571

Während Ausbrüchen sowie während stiller kontinuierlicher Entgasung emittieren Vulkane Gase und Partikel, die zusammen mit den sich daraus bildenden sekundären Produkten unsere Atmosphäre beeinflussen. Die Untersuchung von Vulkangasen gibt aber auch Einblicke in das Vulkaninnere. Mit Ausnahme von SO2 können Vulkangase bislang noch immer nicht oder nur unter bestimmten Bedingungen mit Fernerkundungsmesstechniken an Vulkanen untersucht werden. Häufig muss also auf in-situ Techniken zurückgegriffen werden. Das kann gefährlich sein und eine lückenlose Untersuchung vieler Eruptionsverläufe ist oft nicht möglich.Als ein Ergebnis des vorangehenden DFG Projekt 36 1-1 konnte gezeigt werden, dass Brommonoxid (BrO) als interessante, weitere Indikator-Spezies zur Untersuchung der Magmabewegung im Erdinneren in Frage kommt. Die eingehende Erforschung der Eignung von BrO soll daher ein zentrales Element des Projektes werden. Messungen von BrO haben wie die von SO2 den Vorteil, dass sie relative einfach, und in sicherem Abstand zum Vulkan durchführbar sind. Zwar ist BrO anders als SO2 ein wesentlich kurzlebigeres Molekül, das erst beim Durchmischen der Vulkangasemissionen mit der Umgebungsluft entsteht, aber es gibt bereits Hinweise, dass sich das BrO/SO2 Verhältnis bereits nach wenigen Minuten in einem Übergangsgleichgewicht befindet. Weitere Untersuchungen zur Bromchemie, aber insbesondere die bislang noch viel weniger verstandene Chlorchemie in Vulkanfahnen werden wesentliche Punkte im Projekt sein. Obwohl ClO und OClO bereits von Lee et al., 2006 bzw. Bobrowski et al., 2007 nachgewiesen wurden, konnten die gefundenen Werte nicht mit der uns bekannten Chemie erklärt werden und geben weiterhin Rätsel auf. Nach der kürzlich gemachten Entdeckung von signifikanten Mengen von Cl2 und Messungen die erneut zeigen, dass sich das HCl/SO2 Verhältnis in einer alternden Vulkanfahne signifikant ändert, muss endlich auch die bislang quasi ignorierte reaktive Chlorchemie untersucht werden. Die Chlorchemie beeinflusst sowohl die Atmosphärenchemie in bislang unbekannter Weise als auch die Interpretation von Vulkangasemissionen bzgl. vulkanischer Aktivität. Zur Untersuchung der Brom- und Chlorchemie in Vulkanfahnen und ihrer möglichen Korrelationen mit vulkanischer Aktivität sollen Gasemissionen und Gaszusammensetzung durch quasi-kontinuierliche Messungen am Ätna sowie in 5 intensiven Schwerpunktkampagnen an den Vulkanen Ätna (Italien), Masaya (Nicaragua) und Nyiragongo (DR Kongo) bestimmt werden. Anwendung wird vor allem die Differentielle Optische Absorptionsspektroskopie (DOAS) finden, mit der SO2, BrO, ClO, OClO und OBrO hochempfindlich nachweisbar sind. Anschließend sollen die Daten mit dem Model Mistra simuliert werden. Die mit der DOAS-Technik genommenen Daten werden ergänzt durch in-situ Gasmessungen, meteorologische Daten und visuelle Beobachtungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Demokratische Republik Kongo, Großbritannien, Italien, Nicaragua
• Beteiligte Institution: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Palermo
• Beteiligte Personen: Sergio Calabrese; Giovanni Bruno Giuffrida; Professor Dr. Roland von Glasow (†); Marcello Liotta; Angelica Munoz; Dario Tedesco; Matthiew Yalire