Der Killer im See, 21. August, Lake Nyos, Kamerun (CSI Geology #2)

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Mente et Malleo

Man stelle sich einmal die Situation vor. An einem Idyllischen See leben friedliche Menschen zufrieden ihr Leben. Sie gehen jeden Morgen an ihr Tagewerk, nicht ahnend, dass unter der ruhigen Oberfläche des Sees der Tod lauert. Wartet. Geduldig. Bis es eines Abends passiert. Lautlos schlägt er zu und 1700 Menschen fallen ihm zum Opfer. Bis in 27 Kilometer Entfernung ist niemand vor ihm sicher. Am nächsten Morgen herrscht eine gespenstische Stille an den Ufern. Keine Menschen, und auch keine Tiere sind zu sehen. Keine lebenden jedenfalls. Ein Szenario wie aus einem Horrorfilm möchte man meinen und will sich vielleicht wohlig gruselnd versichern, dass unter der Wasseroberfläche nichts unheimliches lauern kann.

Cow killed by Lake Nyos gasses Rind, getötet durch den Nyos-See. Photo by Jack Lockwood of the US Geological Survey. [Public domain], via Wikimedia Commons

Welch ein Irrtum. Denn dies ist kein Horrorfilm oder -roman. Genau dies ist passiert. Am 21. August um rund 21:30 lokaler Zeit in Kamerun, am Nyos-See. Der Anblick dürfte für die ersten lebenden Menschen, die nach der Katastrophe eintrafen, ziemlich grauenvoll gewesen sein. Tote Menschen und Tiere liegen überall herum. Doch keine Spur von dem zu finden, was sie umgebracht haben könnte. War es vielleicht ein Giftgasanschlag? Doch wer würde hier, mitten in Afrika in einer ländlichen Gegend Giftgas einsetzen? Was also hatte die Leute am See getötet? Und könnte es wieder zuschlagen?

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Der Nyos-See, am 29. August 1986, rund 2 Wochen nach der Katastrophe. Foto United States Geological Survey (United States Geological Survey) [Public domain], via Wikimedia Commons

Die Antwort auf das Rätsel findet sich in der Geologie der Gegend. Dieser See ist ein Maarsee im Oku Vulkangebiet, unseren in der Eifel nicht unähnlich. Vor rund 400 Jahren entstanden hat er heute einen Durchmesser von rund 1800 m und eine Tiefe von 208 m. Es entstand vor rund 110 Millionen Jahren, als sich Afrika von Südamerika trennte. Dabei entstand nicht nur der Vorläufer des heutigen Südatlantiks, sondern auch verschiedene kleinere Riftgräben wie der Mbérégraben in Kamerun. Dieser Graben ist stellt einen Teil einer älteren, damals reaktivierte Störungszone dar, die sich als Pernambuco-Scherzone in Brasilien fortsetzt. Das Oku-Vulkangebiet gehört zur Kamerunlinie, einer kette von vulkanischen Erscheinungen, die sich über den Kamerunberg bis in den Südatlantik mit den Inseln São Tomé und Príncipe und Pagalu fort.

Doch auch wenn das Oku-Vulkangebiet als erloschen gilt, heißt das noch lange nicht, dass hier keine Aktivitäten mehr stattfinden. Unter Dem See, in rund 80 Kilometern tiefe, befindet sich nach wie vor eine Magmakammer. Und die hat es nach wie vor in sich. Denn Magma kann eine Menge Gase enthalten, die dann beim Abkühlen keinen Platz mehr finden. Und so steigen diese gase dann in Richtung Erdoberfläche auf und gelangen durch geologische Störungen in den See. Dieser ist vergleichsweise tief für seine Größe und er ist thermisch geschichtet. das heißt, das warmes Wasser an der Oberfläche über kaltem in der Tiefe liegt, und sich diese Schichten nicht nennenswert vermischen. Und hier nimmt das Unheil dann so langsam seinen Lauf. In einer Tiefe von 200 m herrscht ein enormer Druck von gut 20 bar. Das Wasser kann unter diesen Bedingungen gut 200 mal mehr Kohlendioxid speichern wie unter Oberflächenbedingungen. Das Ganze ist einer Sprudelflasche nicht ganz unähnlich. Unter dem hohen Druck einer verschlossenen Flasche perlt auch nichts aus. Aber wehe, die Flasche wird geöffnet. In der Natur reicht da schon ein kleines Ereignis wie ein leichtes Erdbeben oder ein Erdrutsch. Und tatsächlich ereignete sich im Januar 1986 Zusammenhang mit der Katastrophe ein Erdbeben der Magnitude 5. Es wäre aber auch ohne Probleme durch spontanes Ausgasen durch Übersättigung möglich. Jedes dieser Ereignisse kann die Schichtung des Wassers stören. Wenn dabei mit Kohlendioxid in höhere Regionen mit geringerem Druck und höherer Temperatur verfrachtet, wird es Druckentlastung übersättigt und Kohlendioxid perlt aus. Das Gas-Wasser-Gemisch ist leichter als Wasser und reißt weiteres, gesättigtes Wasser mit nach oben und der Prozess geht weiter. Eine stark geschüttelte Seltersflasche ist ein gutes Bild dafür.

Jetzt dringen größere Mengen Kohlendioxid, man nimmt gut 1,6 Millionen Tonnen an, aus dem Wasser und das Unheil nimmt seinen Lauf. Kohlendioxid hat mehrere fatale Eigenschaften. Es ist schwerer als Luft. Also sammelt es sich am Boden und fließt ähnlich wie eine Wasserflut entlang der Morphologie der Landschaft. Fatalerweise ist es auch noch unsichtbar und geruchlos und, das wichtigste von allem, nicht atembar. Die Gaswolke hatte eine Höhe von ca. 50 Metern und floss mit gut 50 km/h die Täler entlang. Und in den Tälern liegen zahlreiche Dörfer. Eine Konzentration von rund 5% in der Atemluft führt zu Bewusstlosigkeit. 8 % führen innerhalb kurzer zeit zum Tod. Die Menschen am See hatten also keine Chance, sie sahen es nicht kommen und sie konnten es nicht wahrnehmen. In der BBC-Dokumentation (unten, ca. 3:58) wird sehr anschaulich geschildert, wie ein Fahrzeug anhält, weil der Motor ausgeht. Der Fahrer steigt aus, um nachzuschauen was los ist und beugt sich über den Motor. Er ist der erste, der umfällt. Die anderen Menschen, die hinten und oben auf dem Pick-Up sitzen, wollen ihm helfen. Sie kommen ebenfalls um.

Lake Nyos ist nicht der einzige See, der so eine schreckliche Gefahr beinhaltet. es gibt noch 3 weitere Seen die man kennt. Alle in Afrika, der Manoun-See liegt ebenfalls in Kamerun, und der Kiwu-See in Ruanda.

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Prinzip der künstlichen Entgasung des Nyos-Sees. By Pashute (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Degassingpump.jpg), „Degassingpump“, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode

Als man erkannt hat, welche Gefahren in dem Wasser lauern, wurden die Anwohner evakuiert. Noch heute leben rund 12 000 Opfer und deren Nachfahren in Lagern. Ob sie zurück in ihre Dörfer können, ist immer noch ungewiss. Man versucht aber, der Gefahr Herr zu werden. Ein Team um den französischen Vulkanologen Michel Halbwachs führte ein Rohr in die tieferen Schichten um eine kontrollierte Entgasung zu starten. Zu Beginn förderte eine Pumpe gesättigtes Tiefenwasser in das Rohr. Beim Aufstieg perlt das Kohlendioxid aus und treibt das Wasser nach oben, wobei weiteres Tiefenwasser mitgerissen wird. Je höher das Wasser aufsteigt, desto mehr Gas perlt aus und schließlich steigt das Wasser-Gas-Gemisch als 40 m hohe Fontäne aus dem See. Das schöne an der Sache ist, dass der Vorgang, einmal per Pumpe in Gang gebracht, auch ohne weitere Unterstützung der Pumpe in Gang bleibt. Eine Webcam zeigt die Fontäne. es besteht die Hoffnung, dass man mit Hilfe des Rohres die CO2-Konzentration im See soweit absenken kann, dass sich vergleichbare Katastrophen in der Zukunft nicht mehr ereignen können. Doch auch wenn das Rohr gut die doppelte Menge CO2 entfernt wie im gleichen Zeitraum in den See eingebracht werden, würden doch mehrere Rohre benötigt, um das Ziel in brauchbaren Zeiträumen zu erreichen. dafür ist aber leider nicht genügend vorhanden.

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Fontäne im Nyos-See. By http://pagesperso-orange.fr/mhalb/nyos/ (Transferred from en.wikipedia), via Wikimedia Commons

Der Nyos-See beherbergt auch noch eine weitere Gefahr. Ein natürlicher Damm schließt den See ab, von dem niederländische Experten fürchten, dass er in den nächsten 5 Jahren brechen könnte. Die Flut könnte eventuell bis nach Nigeria reichen.

 

Gunnar Ries

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

16 Kommentare

  1. Grube Messel live

    Weiß man eigentlich etwas darüber, was so die typischen Zeitskalen sind, innerhalb derer sich diese Seen auf natürliche Weise “entladen”, oder ist das rein von der lokalen Geologie abhängig, also wie häufig irgendwelche Störeinflüsse auftreten?

    Ganz offensichtlich scheint es ja so zu sein, daß das nichts ist, was durchschnittlich alle 10 oder 20 Jahre auftritt, denn dann würden solche Katastrophen den Bewohnern der Region schon seit Urzeiten im Gedächtnis sein und die Menschen würden den See meiden.

    In Messel verdanken wir einer ähnlichen Geologie ja reiche Fossilfunde. Findet man auf dem Grund des Sees eigentlich noch die Überreste (tierischer oder menschlicher) Opfer früherer “Ausbrüche”?

  2. CO2 im See: Natürliches Geo-Engineering

    Die Entgasung von CO2 aus dem Nyos-See demonstriert eindrücklich die Gefahren von grossen CO2-Blasen.
    Eine solche Blase, ein solcher CO2-See kann also seinen Sprudel plötzlich abgeben womit ein CO2-See oberhalb der Erdoberfläche entsteht, der dann die Luft und damit den Sauerstoff dort verdrängt.

    Das scheint mir sehr gut die Gefahren von gewissen Geoengineering-Lösungen für die CO2-Entsorgung zu demonstrieren. Man sollte die CO2-Sequestration also so auslegen, dass keine CO2-Seen entstehen, sondern CO2 in der Einlagerungszone adsorbiert wird oder das CO2 sogar chemisch reagiert mit dem Einlagerungsgestein. CO2-Seen könnten wohl am ehesten noch in Kavernen oder alten Ölförderstellen unter dem Meer akzeptiert werden, denn ein allflälliges Entgasen würde dann immerhin keine bewohnten Gebiete betreffen.

  3. Schönes Thema

    Kohlendioxid tritt ja nicht nur im afrikanischen Graben aus, sondern auch hier bei uns, wenn auch nicht in solchen Mengen. Aber in der Eifel oder im östlichen Oberfranken/westliches Tschechien gibt es ebenfalls ganz ordentliche natürliche Entgasungen. In wassergefüllten Senken sprudelt es lokal richtig heftig und es treten Hunderte Liter pro Minute aus. Da verhindert nur die offene Landschaft Übles.
    In dem Zusammenhang wäre Deinem Beitrag hier ein größeres Publikum zu wünschen, denn Kohlendioxid (schwer und ungiftig) und Kohlenmonoxid (leichter als Luft und toxisch) werden ja selbst im öffentlich rechtlichen Fernsehen fröhlich verwechselt. Dabei begegnet uns CO2 an jeder Ecke und unbelüftete Gruben, Pumpenschächte oder Getreidesilos sind ein gern unterschätztes Risiko. Ein simpler Test mit einer Kerze würde genügen, sofern man sie nicht in der Hand hält.
    Auch Trockeneis entwickelt ein beeindruckendes Gasvolumen. Habe mir letztens ein halbes Kilo davon nach einem Arztbesuch schenken lassen und getestet, wie lange es braucht, eine Badewanne zu füllen – das dauerte keine 3 Minuten, ohne daß sich das „Eis“ erkennbar verkleinert hätte. Damit kann man sich in einem geschlossenen Zimmer also ziemlich schnell umbringen – aus Versehen oder mit Absicht. (Allemal besser als vor den Zug.)

    Wer CO2-Mofetten mal in der Natur sehen will: Im westlichen Egergraben, beim Ort Soos in der Nähe von Franzensbad. Der Rundweg ist ausgeschildert, nach Regen ist es besonders eindrucksvoll. Lohnt sich.

    Matthias

  4. @ Carolin

    Ich weiß nicht, ob es typische Zeitskalen für die Ausbrüche gibt. vermutlich hängen sie sehr von den lokalen Gegebenheiten ab. Am Nyos See gab es wohl lokale Myten, dass dem See nicht zu trauen sei, man seine Häuser nicht zu nah am Wasser bauen sollte und nur tagsüber in die Täler gehen solle. Leider gaben manche Planer nichts auf dieses Altweibergeschwätz und ließen in den 60´er Jahren einen Ort errichten, mit moderner Straße und Marktplatz. Hier waren mit die meisten Opfer zu beklagen.
    Es hat also in der Vergangenheit möglicherweise ähnliche Vorfälle gegeben.

    Messel ist ein gutes Stichwort. Hier war die Situation wohl recht ähnlich und Ausbrüche haben viele der Fossilien, die uns heute so viel über die damalige Welt erzählen, in den See befördert. Mir ist aber keine Untersuchung bekannt, ob vergleichbare Fossilisationen in den aktiven Seen zu finden sind.

  5. Martin

    Die CCS-Tedhnologie ist ein weites Thema. Und abgesehen von möglichen gefahren durch austretendes Gas wäre es ja auch blödsinnig, das zeug teuer und aufwändig abzutrennen und einzulagern, wenn es postwendend wieder in der Atmosphäre auftaucht. Selbst wenn es dort keine tödlichen Seen bildet.

  6. @Gunnar: Nyos-Unfall ~AKW-Unfall

    Ein Ersticken vieler Menschen an ausblubberndem CO2 würde hier in Europa wohl ähnlich wirken wie ein AKW-Unfall.
    Wenn die Ursache also die CO2-Verklappung im Untergrund wäre, wäre es um die Technologie geschehen, selbst wenn es nur alle Jahrzehnte vorkäme und die CO2-Sequestration insgesamt kaum je Leckagen zeigen würde.

    Und tatsächlich haben ja die meisten Deutschen schon einmal vorsorglich ihr Ängste vor CCS aufgebaut und auch politisch artikuliert mit dem Resultat, dass die Sequestration in D wohl auf unbestimmte Zeit blockiert ist.

    Die Deutschen sind aber nicht allein. Sogar auf dem ETH-Klimablog schrieb ein ETH-Professor im Artikel Grundwasser als CO‚-Endlager? “Im Gegensatz zum geplanten nuklearen Endlager mit praktisch unbeweglichen Radioisotopen in einer dichten Tonschicht handelt es sich beim flüssigem CO‚ um eine mobile Verschmutzungsquelle in einem porösen Endlager. Wenn die Deckschicht Lecks aufweist, wird salzhaltiges Grundwasser nach oben gepresst und kann Trinkwasserreserven unbrauchbar machen. Im schlimmsten Fall könnten grössere Mengen Kohlendioxid austreten und im dicht besiedelten Mittelland die Bevölkerung gefährden.”

    Im Internet findet man viele abschreckende Berichte über die Gefahren von CCS.
    In Carbon capture and storage likely to cause earthquakes, say Stanford researchers wird berichtet, die Erdbebengefahr durch CO2-Sequestration sei zwar gering, aber Erderschütterungen könnten zu CO2-Leckagen führen.

    Ganz abgesehen von diesen Befürchtungen steckt die CCS-Technologie noch in einer frühen Phase, wo Aussagen über CCS-Gefahren mehr theoretischen Überlegungen entspringen als praktischen Erfahrungen mit CO2-Einlagerungen.
    Vom Klimaschutz her gesehen sind die tiefen CO2-Emissionen, die gefordert werden um das 2°C-Ziel einzuhalten allerdings nur mit CCS oder dann mit vorzeitiger Abschaltung aller Kohlekraftwerke zu erreichen.

    CCS könnte also wieder aktuell werden, wenn die Gesellschaft sich doch noch entschliesst, die CO2-Emissionen massiv zu verringern.

  7. Eine Konzentration von rund 5% C02 …

    Kleine medizinische Anmerkung: Die Prozentzahlen sind ein paar Prozentpunkte zu niedrig gewählt. Eine Konzentration von rund 5% C02 in der Atemluft führt noch nicht zu Bewusstlosigkeit. Dann wäre eine Mund-zu-Mund-Beatmung im Rahmren einer Reanimation nicht sinnvoll möglich. Zur Info hier:
    http://de.wikibooks.org/…_Kohlendioxidvergiftung
    MfG medicus

  8. @ medicus

    Gifte sind Substanzen, die eine chemische Reaktion zur Folge haben, die dann den Organismus schädigt.
    Die Verdrängung des Sauerstoffs als Giftwirkung zu bezeichnen, ist Unfug. Nach diesem Verständnis wäre auch Wasser ein Gift, denn auch das läßt sich nicht folgenlos einatmen.
    Das Verdrängen von Sauerstoff (durch eine beliebige Substanz) hat mit einer chemischen Reaktion nichts zu tun. Den fundamentalen Unterschied zwischen beiden Prozessen zu unterschlagen, ist wenig hilfreich.

    Der Wikipediaeintrag ist übrigens ein Beispiel für einen wirklich mißlungenen Artikel.

    Matthias

  9. Hydrogencarbonat

    Das Kohlendioxid reagiert im menschlichen Blut zu Hydrogencarbonat-Ionen, was den pH-Wert des Blutes absenkt, und zu verschiedenen körperlichen Reaktionen führt.

    —–

    In den Bereichen, wo ständig viel fossiles Kohlendioxid austritt, müsste die Kohlenstoff-14-Altersbestimmung ein zu hohes Alter ergeben, denn das rezente Kohlendioxid ist nur zu 0,038 Prozent vertreten.

    —–

    Humor, Das fossile Meerschweinchen:

    http://www.e-stories.de/…geschichten.phtml?27945

  10. @ Karl Bednarik

    Also, genauer gesagt reagiert CO2 nicht im Blut zu Carbonat, sondern mehr als 90 % wird zunächst nur physikalisch gelöst. Die erstickende Wirkung liegt daran, dass es Sauerstoff als Liganden zum Hämoglobin verdrängt und so weniger Sauerstoff zu den Zellen transportiert werden kann.

    Kohlendioxid ist in dem Sinne auch kein “Gift”, es hat keine toxischen Eigenschaften, sondern es wirkt erstickend, wie Medicus richtig schreibt.

  11. @ Karl Bednarik

    Auch der pH-Wert dürfte sich durch das wenige Kohlendixoid im Blut kaum nennenswert verändern. Dieser wird gerade durch einen Carbonat/Hydrogencarbonat- bzw. auch Hydrogenphosphat-Puffer gepuffert.

    Es ist wirklich ein Problem der mangelnden Sauerstoffversorgung, kein Problem der pH-Regulierung im Blut.

  12. Hallo Sascha,

    beim Anhalten der Luft sinkt der pH-Wert des Blutes, und beim Hyperventilieren steigt der pH-Wert des Blutes, was in beiden Fällen verschiedene körperliche Reaktionen auslöst.

    Das funktioniert über das Hydrogencarbonat-Puffersystem.

    Luft mit etwa 5 Prozent Kohlendioxid löst verstärktes Atmen aus.

    Das wird oft in Rettungsgeräten verwendet.

    Luft mit mehr als 5 Prozent Kohlendioxid lässt sich nicht lange aushalten, weil man das eigene Kohlendioxid dann nicht mehr ausatmen kann.

    Die ausgeatmete Luft hat normalerweise nur etwa 4 Prozent Kohlendioxid.

  13. Nachtrag

    Der Transport des Kohlendioxids im Blut funktioniert vorwiegend durch die Carboanhydrase, die den Übergang zum und vom Hydrogencarbonat beschleunigt.

    Das Hämoglobin bindet nur geringe Mengen von Kohlendioxid.

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