Vulkanpflanzen

Vulkanpflanzen - Mofettenpflanzen

Vulkanische Gase gelangen außer bei den aktiven, eruptiven Phasen auch prä- und postvulkanisch aus den tief im Erdmantel verborgenen Magmakammern durch Risse und Klüfte an die Erdoberfläche. Die am häufigsten auftretenden vulkanischen Gase sind hierbei heißer Wasserdampf (Fumarolen), Schwefeldioxid und Schwefelwasserstoff (Solfataren) und Kohlendioxid (Mofetten).

Wir arbeiten vornehmlich an Mofetten. Das eigentlich unschädliche und ungiftige Kohlendioxid (CO2) tritt dort kalt, d.h. bei Umgebungstemperatur aus dem Untergrund aus und wirkt dabei sowohl auf die Organismen im Boden als auch auf Pflanzen und Tiere der Bodenoberfläche (Pfanz 2008).

 Foto: Copyright H. Pfanz

Abb.1: Teilansicht einer Mofette (U1) am Laacher See/Eifel mit starker Ausgasung im Vordergrund. Foto: H. Pfanz.

 

Doch Kohlendioxid ist nur in geringeren Konzentrationen unbedenklich. In höheren Konzentrationen kann es schädigend wirken und ab einer bestimmten Konzentration in der Luft auch töten. Zudem beeinflusst dieses Gas wegen seiner Absorptionseigenschaften im Infrarot das Klima unseres Globus (Treibhauseffekt).

Konzentrationen von 5% üben eine narkotisierende Wirkung aus und ab 8 -10% CO2 ist das menschliche Leben gefährdet. Darüber wirkt CO2 bei längerer Exposition tödlich für Mensch und Tier (Abb. 2).

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 Abb. 2: Tote Gelbhalsmaus (Apodemus flavicolis) in einem Mofettenfeld. Foto: H. Pfanz.

 

Viele Tiere haben sich an diese Situation angepasst und kommen entweder nicht vor oder leben an einer tolerierbaren Stelle im CO2-Gradienten der Mofetten. Maulwürfe und Schwalben zeigen uns beispielsweise die Grenzen zu den gefährlichen CO2-Konzentrationen an. Auch viele Pflanzen indizieren durch ihr Vorkommen die Stellen, an denen wir unbedenklich arbeiten können, andere weisen auf gefährliche Bodenkonzentrationen hin. Manche (Mofetten-) Pflanzen sind in der Lage, auch an Standorten zu wachsen, die bis zu 100% CO2 in 10 cm Bodentiefe aufweisen oder sie wachsen in einer CO2-Atmosphäre die nachts über 80% CO2 aufweist (siehe Abb. 3).

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Abb. 3: Mofette bei Caprese Michelangelo. Foto: H. Pfanz.

 

Innerhalb der Mofetten werden an den Hauptaustrittstellen die höchsten CO2-Konzentrationen gemessen. Von dort aus verringern sich die aktuell messbaren Konzentrationen mit dem Abstand zur Emissionsstelle. Mit Abnahme der CO2-Konzentration in Boden und Umgebungsluft normalisiert sich der pflanzliche Metabolismus, die Wuchsform wird normal und Photosynthese und Biomasse erreichen Normalniveau.  

Es ist das Ziel, die auf und um Mofetten vorkommende Vegetation sowohl anatomisch-morphologisch als auch physiologisch-ökophysiologisch zu charakterisieren. Die speziell auf Mofetten vorkommenden Arten (siehe Abb. 4) werden zudem vegetationskundlich quantifiziert und auf ihre Fähigkeit, extreme CO2-Konzentrationen zu ertragen, untersucht.

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Abb 4: Im Krater des Whaakari (Neuseeland), Mofetten, Solfataren und Fumarolen (rechts); eine der wenigen vorkommenden Pflanzen Carpobrotusedulis (links). Foto: H. Pfanz.

 

Unser Hauptaugenmerk richtet sich derzeit auf Pflanzen verschiedener Vulkan-Standorte in Deutschland (Eifel), West-Tschechien (Počátky-Plesna-Störung), Nord-Slowenien, Italien (Mittelitalien, Ätna, Pantelleria, Vesuv) und Rumänien. Außereuropäische Untersuchungsgebiete liegen auf Neuseeland, am Kilauea (Hawaii), in der Long Valley Caldera, Nord-Kalifornien und im Yellowstone Nationalpark.

In einer größeren, toskanischen Tal-Mofette (siehe Abb. 5) untersuchen wir zusammen mit Kollegen aus Luxemburg den Treibhauseffekt in Gasseen, die bis zu 80% CO2 in der Atmosphäre aufweisen.

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Abb. 5: Mofeta del Bossoleto in der Toskana. Foto: H. Pfanz.

Kalter Atem schlafender Vulkane Mofetten

Dieses auch für den interessierten Laien verständlich geschriebene Werk führt in die unbekannte Welt der Gasvulkane ein. Eine wenig erforschte Welt, die inmitten von Europa Tiere sterben lässt, die Pflanzenwelt verändert und Hinweise für kommende Vulkanausbrüche oder Erdbeben liefern kann. Die vulkanischen Ausgasungen von Mofetten werden aber auch in Minerlwässsern und Feuerlöschern sowie bei Heilung von Herzkrankheiten genutzt. Wo solche Erscheinungen gefunden werden können und was sie uns sagen, ist Inhalt dieses biologisch-geologischen Mofettenführers.

Im Handel kostet der Band (88 Seiten) 9,80 €, ISBN 9978-3-86526-036-9. 

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Ausgewählte Publikationen

1. Frunzeti N., Baciu C., Etiope G., Pfanz H. (2012) Geogenic emission of methane and carbon dioxide at Beciu mud volcano, (BERCA-ARBĂNAŞI HYDROCARBON-BEARING STRUCTURE, EASTERN CARPATHIANS, ROMANIA). Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, August 2012, Vol. 7, No. 3, p. 159-166. link

2. Pfanz H, Vodnik D, Wittmann C, Aschan G, Batic F, Turk B, Macek I (2007) Photosynthetic performance (CO2-compensation point, carboxylation efficiency, and net photosynthesis) of timothy grass (Phleum pratense L.) is affected by elevated carbon dioxide in post-volcanic mofette areas. Environmental and Experimental Botany, Vol.61: 41-48.

3. Vodnik D, Kastelec D, Pfanz H, Maček I, Turk B (2006): Small-scale spatial variation in soil CO2 concentration in a natural carbon dioxide spring and related properties at the plant level. Geoderma, 133 (3-4), 309-319.

4. Tank V., Pfanz H., Gemperlein H., Strobl P. (2005): Infrared remote sensing of Earth degassing - ground study. Annals of Geophysics 48: 181- 194.

5. Vodnik D, Sircelj H, Kastelec H, Macek I, Pfanz H, Batic F (2005) The effects of natural CO2 enrichment on the growth of maize. In Tuba Z (ed.): Ecological Responses and Adaptations of Crops to Rising Atmospheric Carbon Dioxide, Haworth Press, ISBN: 978-1-56022-120-3.

6. Paoletti E, Pfanz H, Raschi A (2005): Pros and cons of natural CO2 springs as experimental sites. In Omasa K, Nouchi I, De Kok LJ (eds). Springer Verlag, Tokyo, pp. 195 - 202.

7. Pfanz H, Vodnik D, Wittmann C, Aschan G, Raschi A (2004): Plants and geothermal CO2 exhalations - survival in and adaptation to a high CO2 environment. In Esser K, Lüttge U, Kadereit JW, Beyschlag W (Hrsg.). Springer Verlag, Berlin, Heidelberg. Progress in Botany 65: 499-538.

8. Tank V., Pfanz H., Gemperlein H., Strobl P. (2003): Infrared and hyperspectral remote sensing of Earth degassing. In: Proceedings of ECGG7 (2003): 53-54. Copernicus GmbHVodnik D, Pfanz H, Macek I, Kas.telec D, Lojen S, Batic F (2002): Photosynthesis of cockspur [Echinochloa crus-galli (L.) Beauv.] at sites of naturally elevated CO2 concentration. Photosynthetica 40: 575-579.