Vulkanexplosivitätsindex

Der Vulkanexplosivitätsindex, abgekürzt VEI (von englisch Volcanic Explosivity Index), ist eine Angabe der Stärke eines explosiven Vulkanausbruchs in Werten von 0 bis 8 auf einer logarithmisch gestuften Skala. Messgrößen sind vorrangig die Menge an ausgestoßenem vulkanischem Lockermaterial (Tephra), daneben die Höhe der Eruptionssäule sowie auch qualitative Beschreibungen. Eingeführt wurde sie 1982 von den US-amerikanischen Geologen Christopher G. Newhall und Stephen Self.

Die Skala beginnt mit Stufe 0 und ist ab Stufe 2 logarithmisch aufgebaut, sodass die Klassengrenzen der nächsthöheren Stufen gemessen am Volumen ausgeworfenen pyroklastischen Materials einem jeweils zehnmal größeren Vulkanausbruch entsprechen. Beginnend mit einem harmlosen vulkanischen Ereignis reicht sie bis hin zu einem gigantischen Ausbruch mit globalen Auswirkungen der Stufe 8. Die Skala ist nach oben offen.

Wissenschaftler weisen aber darauf hin, dass es sehr schwierig ist, die Stärke von Vulkanausbrüchen wirklich genau zu messen.

Vulkanexplosivitätsindex

VEI	0	1	2	3	4	5	6	7	8
Klassifikation	nicht explosiv	klein	mäßig	mäßig bis groß	groß	sehr groß
Ausgeworfenes Tephra-Volumen1	≤ 104	104–106	106–107	107–108	108–109	1–10	10–100	100–1000	≥ 1000
	m³					km³
Höhe der Eruptionssäule [km]	≤ 0,1	0,1–1	1–5	3–15	10–25	≥ 25
Anzahl der Ereignisse seit der letzten Kaltzeit vor 11.700 Jahren			3.631	924	307	106	46	5	0
Bekanntes Beispiel (Jahr des Ausbruchs)	Kīlauea (1977)	Poás (1991)	Ruapehu (1971)	Nevado del Ruiz (1985)	Eyjafjallajökull (2010)	Mount St. Helens (1980)	Krakatau (1883)	Tambora (1815)	Taupo (vor ca. 26.500 Jahren)

¹ Tephra-Mengen bis 10⁴ m³ werden als VEI-Stufe 0 klassifiziert, größere bis 10⁶ m³ als 1 und erst die darüber liegenden sind jeweils um den Faktor 10 abgestuft (die Indizes sind keine Zehnerpotenzen).

Beispiele aus der Erdgeschichte

Stärke 8

Der Ausbruch des Toba auf Sumatra vor 74.000 Jahren war der größte der letzten zwei Millionen Jahre. Er war auch größer als der letzte ganz große Ausbruch des Yellowstone-Vulkans vor rund 630.000 Jahren. Nach der kontrovers diskutierten Toba-Katastrophentheorie wurde die damalige Menschheit auf einige tausend Individuen dezimiert und musste einen sogenannten „genetischen Flaschenhals“ passieren.

• Wah Wah Springs Eruption in Utah und Nevada vor etwa 30 Millionen Jahren, 5500 km³
• La-Garita-Caldera Eruption in Colorado, vor etwa 28 bis 26 Millionen Jahren, 5000 km³
• Huckleberry Ridge Eruption, Yellowstone (Vulkan) vor 2,1 Millionen Jahren, mit 2500 km³ Tephra
• Yellowstone (Vulkan) vor 630.000 Jahren, mit 1000 km³ Tephra
• Toba vor knapp 74.000 Jahren, mit 2800 km³ Tephra
• Taupo (Neuseeland) vor 26.500 Jahren, mit 1170 km³ Tephra

Stärke 7

Ein Beispiel ist der Ausbruch der Phlegräischen Felder vor 39.000 Jahren mit 250 km³ Tephra. Den Ausbruch mit den gravierendsten globalen Folgen der vergangenen 2000 Jahre verursachte um 536 n. Chr. der Ilopango in El Salvador. Er ist vermutlich für die Wetteranomalie von 535/536 verantwortlich. Nur vier Jahre später kam es wahrscheinlich am El Chichón in Mexiko zu einem Ausbruch ähnlicher Stärke. Die beiden Ausbrüche in Kombination beeinträchtigten die Kultur der Maya und führten zur globalen Katastrophe, die selbst in Konstantinopel erhebliche Auswirkungen hatte.

In den letzten 10.000 Jahren gab es mindestens sechs Ausbrüche der Stärke 7:

• Kurilenseevulkan um 5700 v. Chr., mit 130 km³ Tephra
• Mount Mazama um 4895 v. Chr., mit 150 km³ Tephra
• Kikai um 4350 v. Chr., mit über 150 km³ Tephra
• Taupo um 181 oder 232±15, mit 85–100 km³ Tephra
• Samalas 1257, mit 100 km³ Tephra
• Tambora 1815, mit 160 km³ Tephra

Es gibt vier weitere Ausbrüche, die nahe bei der Stärke 7 liegen oder noch nicht eindeutig zugeordnet werden können:

• Santorin 1627 v. Chr. oder 1520 v. Chr., mit 30–70 km³ Tephra
• Ilopango um 536, mit mindestens 84 km³ Tephra ^{Anm. 1}
• El Chichón um 540, Tephra nicht berechnet ^{Anm. 1}
• Paektusan um 969, mit 96 km³ Tephra

^{Anm. 1} Diese beiden Ausbrüche führten zu den größten globalen Auswirkungen aller Ausbrüche der vergangenen 2000 Jahre, daher müssen sie größer gewesen sein als die anderen in diesem Zeitraum.

Stärke 6

Ein großer Ausbruch in Mitteleuropa fand vor rund 13.000 Jahren am Laacher Vulkan statt. Der Laacher See stellt die abgesackte Caldera des Vulkans dar. Bei der Eruption wurden 1300 km² Fläche von einer bis zu 10 Meter dicken Lavaschicht bedeckt. Die Aschesäule stieg bis zu 40 Kilometer hoch.

• Laacher Vulkan, 10.920 v. Chr., mit 20 km³ Tephra
• Ambrym um 50, mit 70 km³ Tephra
• Kuwae, 1453, mit 32–39 km³ Tephra
• Huaynaputina, 1600, mit 30 km³ Tephra
• Krakatau, 1883, mit 20 km³ Tephra
• Santa María, 1902, mit 20 km³ Tephra
• Novarupta, 1912, mit 13–15 km³ Tephra
• Pinatubo, 1991, mit 10 km³ Tephra

Stärke 5

• Ätna, 122 v. Chr.
• Vesuv, 79, mit 3,3 km³ Tephra
• Eldgjá, 934 oder 939, mit 1,4 km³ Tephra
• Fujisan, 1707, mit 2,1 km³ Tephra
• Mount St. Helens, 1980, mit 1,2 km³ Tephra
• Cerro Hudson, 1991, mit 7,6 km³ Tephra

Stärke 4

• Parker, 1641, mit weniger als 1 km³ Tephra
• Laki-Krater, 1783, mit 0,91 km³ Tephra
• Mont Pelée, 1902, mit 0,2 km³ Tephra
• Eyjafjallajökull, 2010, mit 0,14 km³ Tephra

Magnitude

In der vulkanologischen Literatur und den einschlägigen Datenbanken taucht zusätzlich zum VEI zunehmend auch der Begriff Magnitude (M) auf, definiert als:

$M=\log _{10}(\mathrm {eruptierte\;Masse\;[kg]} )-7$ .

Mit der Verwendung der ausgeworfenen Masse als Bezugsgröße werden Dichteunterschiede der verschiedenen Magmatypen sowie ein unterschiedlicher Blasengehalt des abgelagerten Materials ausgeglichen, sodass die Eruptionen vergleichbarer werden. Das Ergebnis hat jetzt eine Nachkommastelle, bewegt sich aber überwiegend in der Größenordnung des vorher vergebenen VEI. Beispielsweise ergibt sich für 200.000 t ausgeworfenen Materials eine Magnitude von $M=\log _{10}(2\cdot 10^{8})-7\approx 1{,}3$.

Weitere Klassifikationsmethoden von Vulkanausbrüchen

• Tsuya-Klassen: Die Einteilung erfolgt ähnlich dem VEI in die Klassen I bis IX.
• Trübungsindex: Der Trübungsindex besitzt einen Wert von 1000 für den Krakatau-Ausbruch von 1883 und dient als Parameter, um die vulkanischen Störungen in Atmosphärenschichten, die dann das Klima beeinflussen können, zu beschreiben.
• Volcano Population Index (VPI): Der Index gibt an, wie viele Menschen bei einem Vulkanausbruch innerhalb eines bestimmten Radius vom Ausbruchsort in einem gefährlichen Bereich leben. Verwendet werden oft VPI5 und VPI10, die für VPIs mit dem Radius 5 km bzw. 10 km stehen, den relevanten Bereichen für Ausbrüche mit VEI 2 bis 4.

Siehe auch

• Supervulkane
• Liste großer historischer Vulkanausbrüche

Literatur

• Christopher Newhall, Stephen Self: The volcanic explosivity index (VEI). An estimate of explosive magnitude for historical volcanism. In: Journal of Geophysical Research 87, 1982, S. 1231–1238, doi:10.1029/JC087iC02p01231.

Weblinks

• Volcanic Explosivity Index als VEI-Tabelle mit Kriterien
• How big is an eruption? im Web-Archiv der US Geological Survey
• What were the largest eruptions in the world? auf Website des Earth Observatory of Singapore
• Klimaänderungen durch Vulkane (MPI für Meteorologie) mit Tabelle von Explosivitäts- und Trübungsindices
• John W. Ewert und Christopher J. Harpel: In Harm’s Way: Population and Volcanic Risk – Geotimes, April 2004