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 darauf hin, dass es sehr schwierig ist, die Stärke von Vulkanausbrüchen 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), Oruanui-Ausbruch vor 26.500 Jahren, mit 1170 km³ Tephra

Stärke 7

Der Ausbruch der Phlegräischen Felder vor 39.000 Jahren mit 250 km³ Tephra ist ein Beispiel dieser Stufe. Die Minoische Eruption des Vulkans von Santorin vor etwa 3.600 Jahren war geringer, erreichte aber wohl Stärke 7. Jüngere Eruptionen mit einem Tephraauswurf von 100 km³ oder mehr ereigneten sich beim Taupo im 2. oder 3. Jahrhundert, beim Paektusan 969, beim Samalas 1257 und beim Tambora 1815. Gravierende globale Folgen hatte auch die Tierra Blanca Joven-Eruption des Ilopango (539/540), die die Klimaanomalie 536–550 mit auslöste.

In den letzten 10.000 Jahren gab es keine Ausbrüche der Stärke 8, doch mindestens acht der Stärke 7:

• Kurilenseevulkan um 6450 v. Chr., mit 155 km³ Tephra
• Mount Mazama um 5700 v. Chr., mit 150 km³ Tephra
• Kikai um 4350 v. Chr., mit 200 km³ Tephra
• Cerro Blanco um 2.300 v. Chr., bei etwa 110 km³ Tephra
• Santorin um 1600 v. Chr., bei etwa 120 km³ Tephra
• Ilopango (wahrscheinlich 539/540), etwa 106 km³ Tephra
• Samalas 1257, mit 100 km³ Tephra
• Tambora 1815, mit 160 km³ Tephra

Daneben sind aus den letzten 2.000 Jahren weitere Ausbrüche bekannt, die annähernd Stärke 7 hatten:

• Taupo (Hatepe-Eruption, etwa um 130 bis 230), rund 100 km³ Tephra
• Paektusan um 946, mit 96 (±19) km³ Tephra

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

• Dense-rock equivalent (DRE): zurückgerechnetes Volumen des ausgeworfenen Magma
• Tsuya-Klassen: Die Einteilung erfolgt ähnlich dem VEI logarithmisch in die Klassen I bis IX. Diese 1955 von dem japanischen Vulkanologen Hiromichi Tsuya vorgeschlagene Klassifikation war der erste Versuch, die Stärke von Vulkanausbrüchen anhand eines Index zu beschreiben.
• Intensität: Die logarithmierte Rate des Masseaustritts: $I=\log _{10}(\mathrm {Masseneruptionsrate\;[kg/s]} )+3$. Der Index zeigt, unabhängig von der Dichte, an, wie rasch welche Materialmenge austritt. Besonders heftige plinianische Eruptionen haben eine maximale Intensität von 10–12, kleine einen Wert von 4–6. Die Intensität ist ein Indiz, bis in welche Höhe ausgeworfenes Material gelangt. Sie ändert sich im Verlauf des Eruptionsgeschehens, unter anderem mit Änderungen der Größe der Vulkanöffnung. Die maximale Intensität (peak intensity) ist der größte Intensitätswert eines vulkanischen Ereignisses.
• 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.
• H. Graf: Klimaänderungen durch Vulkane. In: promet – Meteorologische Fortbildung. 28. Jahrgang, Heft 3/4, 2002 (PDF; 1,8 MB).

Weblinks

• Volcanic Explosivity Index als VEI-Tabelle mit Kriterien
• How big is an eruption? In: Volcano Watch. US Geological Survey, 28. März 2002.
• What were the largest eruptions in the world? auf Website des Earth Observatory of Singapore