Editorial

Vulkanismus und Gesellschaft

Was wissen wir über Vulkane im Meer und an Land? Wie kann man sich vor ihnen schützen? Verändern sie das Klima? In unserem großen Themenspezial gehen wir diesen spannenden Forschungsfragen nach.

Der britische Gesandte in Neapel, William Hamilton, begann schon bald nach seiner Ankunft in der Stadt im November des Jahres 1764 mit der Erkundung des Vesuvs. Seine Beobachtungen fasste er ab 1766 in Briefen an die Royal Society zusammen. In der Folgezeit wurde Hamilton zu einem angesehenen Kenner des Vesuvs und zu einem frühen Vulkanexperten, dem es nicht um theoretische Spekulationen ging, sondern um „genaue und wirklichkeitsgetreue Beobachtungen der Vorgänge in der Natur, die Einfachheit und Wahrheit verbunden sind“ (Hamilton, 1776, S. 5, Übers. ESKP).

In seiner Arbeit über die Phlegräischen Felder geht Hamilton dann aber doch über die reine Beobachtung hinaus. Er äußert die Hypothese, dass Vulkane nicht Berge wie alle anderen seien, „deren Besonderheit lediglich darin bestehe, dass sie in ihrem Inneren entzündliche Materialien enthielten“ (Thüsen, 2008, S. 49). Hamilton nimmt vielmehr an, dass vulkanische Tätigkeiten Berge und damit Landschaften erschaffen – Landschaften, die Gefahren bergen, die den Menschen aber auch nützen können.

Der Nutzen einer vulkanischen Landschaft kann vielerlei Art sein: Sie bieten natürliche Baustoffe (natürliche Puzzolane), aus denen sich Gebäude und Städte errichten lassen. Heißen Quellen wie etwa der „I Pisciarelli“ in den Phlegräischen Feldern werden Heilkräfte zugesprochen. Durch vulkanische Aktivitäten können auch natürliche Häfen wie der Porto Pavone auf der Insel Nisida entstehen. Und nicht zuletzt erschaffen Vulkane Landschaften, „die der Mensch des 18. Jahrhunderts als ästhetisch ansprechend zu empfinden beginnt“ (Thüsen, 2008, S. 52). In all ihrem Schrecken hält die vulkanische Naturgewalt somit auch Wohltaten bereit, d.h. sie erweist sich als nützlich und „schaffend“ (vgl. Thüsen, 2008, S. S. 41-64).

Den vielfältigen und durchaus widersprüchlichen Beziehungen zwischen Menschen und Vulkanen wollen wir in der fünften Ausgabe des ESKP-Themenspezials aus heutiger Sicht nachspüren. Es wird immer offensichtlicher, dass Naturkatastrophen vulkanischen Ursprungs nicht nur in der geologischen Geschichte der Erde oder in der Geschichte des Lebens, sondern auch in der Menschheitsgeschichte ihre Wirkung hinterlassen haben.

Nach einführenden Grundlagen widmet sich das Themenspezial „Vulkanismus und Gesellschaft. Zwischen Risiko, Vorsorge und Faszination“ zunächst dem Gefahrenpotenzial von Vulkanen und der riskanten Beziehung zwischen Gesellschaft und Vulkanismus. Das betrifft das Risikomanagement für Städte, die in der Nähe oder sogar auf Vulkanfeldern liegen, die Bedrohung des Flugverkehrs durch Vulkanasche oder die enge Beziehung zwischen Klima und Vulkanismus, weshalb dem Vulkanmonitoring eine besondere Bedeutung zukommt. Weiterhin werden wir uns Vulkane im Meer anschauen. Hier verknüpfen sich Risiko- und Nutzungspotenziale. Submariner Flutbasalt-Vulkanismus war in der Erdgeschichte mehrmals ein Auslöser für Massensterben. Zugleich aber können unterseeische Vulkanzonen wegen ihres Reichtums an Erzen wirtschaftlich interessant werden. Chancen für eine nachhaltige Energieversorgung können sich auch durch Geothermie in Vulkanregionen bieten.

Wir blicken zudem über den Horizont der Erde hinaus. Auf anderen Himmelskörpern unseres Sonnensystems gibt es ebenfalls Vulkanismus. Dieser kann sogar ganz andere Formen annehmen, als wir es von der Erde kennen. Und wir wollen einen Ausflug in die Unterhaltungsbranche unternehmen und uns Vulkankatastrophenfilmen widmen.

Damit dieses Themenspezial zu Stande kommen konnte, haben viele Expertinnen und Experten innerhalb und außerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft Zeit und Mühe geopfert – und auch viel Geduld, um die Rückfragen und Vorschläge der Redaktion zu beantworten und zu bearbeiten. Dafür möchten wir allen Beteiligten ausdrücklich danken. Die Arbeit für die Zwecke der Wissenschaftskommunikation ist (bislang) nicht selbstverständlich. Umso mehr wissen wir, dieses Engagement zu schätzen. Rückfragen und Anregungen nehmen wir gerne entgegen.

Wir wünschen Ihnen viel Vergnügen und spannende Einsichten.

Ihre ESKP-Redaktion im Juli 2020.

Vulkanismus Grundlagen

Vulkane besser verstehen

Wenn Menschen an Vulkane denken, entsteht meist ein ganz einfaches Bild. Ein Berg, der aussieht wie ein Kegel und der Feuer spuckt. In Wirklichkeit gibt es viele verschiedene Arten von Vulkanen mit unterschiedlichstem Aussehen. Und bei denen die Lava auf völlig verschiedene Weise ausgestoßen wird, manchmal langsam fließend und manchmal hochexplosiv. Es gibt Lavaseen, vulkanische Seen und monogenetische Felder. Dabei handelt es sich um großräumige Vulkanfelder, auf denen sogar Großstädte wie Auckland oder Mexiko City errichtet wurden. Die Gefährlichkeit von Vulkanen erforschen, das Risiko von vulkanischen Aktivitäten bewerten, Vulkane besser verstehen – das sind die Aufgaben, vor denen Vulkanforscher*innen weltweit stehen. Zu Beginn dieses Themenspezials wollen wir Einblicke in dieses grundlegende Verständnis von Vulkanen geben.   

Wie lassen sich Vulkane unterscheiden?

Für die Erforschung und die Bewertung des Gefährdungspotenzials von Vulkanen muss man ihre Eigenschaften kennen. Wissenschaftliche Kriterien helfen, Vulkane voneinander zu unterscheiden und differenziert zu beschreiben.

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Seltenes Naturphänomen: Lavaseen

Aktuell sind nur sieben dieser eindrucksvollen Naturphänomene auf der Erde bekannt. Lavaseen bieten die seltene Möglichkeit, Prozesse zu beobachten, die sonst im Verborgenen ablaufen.

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Vulkanische Seen: Blaue Fenster in die Tiefen eines Vulkans

Vulkanische Seen sind ein Spiegel des Vulkanismus, der sie einst entstehen ließ. Organismen, die mit den teils extremen Bedingungen dort klarkommen, könnten auch in anderen Kontexten wie der Landwirtschaft oder im Bio-Mining wertvoll werden.

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Monogenetischer Vulkanismus und Großstädte

Auckland, Mexiko City, Neapel, Manila und Medina sind große Städte, die auf oder in der Nähe von monogenetischen Vulkanfeldern erbaut wurden. Sie sind heute noch aktiv und in der Regel ist nie genau absehbar, wo die nächste Eruption stattfindet. Eine Überwachung dieser Vulkanfelder in der Fläche ist nicht möglich. Umso größer ist das Risiko für die dort lebenden Menschen.

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Vulkane im Labor: Was man durch experimentelle Vulkanausbrüche lernen kann

Laboruntersuchungen sind ein wichtiges Hilfsmittel zum Verständnis vulkanischer Vorgänge. Sie erlauben es, die Rahmenbedingungen zu kontrollieren und gezielt einzelne Parameter zu variieren. So lässt sich feststellen, welche Bedeutung diesen Parametern im vulkanischen Gesamtgeschehen zukommt.

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Vulkangefahren einschätzen

Vulkane erleben, Gefahren vermeiden

Immer mehr Menschen wünschen sich, den Ausbruch eines Vulkans aus nächster Nähe zu erleben. Spezielle Tourenangebote an Ätna & Co machen diese spektakuläre Naturerfahrung möglich. Doch wie erkenne ich seriöse Anbieter? Welche Ausrüstung brauche ich für den Tag auf dem Berg? Hierzu wollen wir nützliche Tipps geben. Neben ultimativen Vulkan-Fans gibt es aber auch viele Menschen, für die Vulkane eine unkalkulierbare Gefahr darstellen und die sich davor schützen wollen. Für Reisende in Regionen mit aktivem Vulkanismus haben wir eine kommentierte Linkliste mit Online-Informationsangeboten zusammengestellt.

Umgang mit Naturgewalten – Verhalten an aktiven Vulkanen

Vulkane entwickeln sich mehr und mehr zu touristischen Hot-Spots. Eine gute Vorbereitung auf Touren an aktiven Vulkanen kann Leben retten. Empfehlungen hierzu geben Experten des Deutschen GeoForschungsZentrums in Potsdam.

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Vulkaninformationen für Reisende

Viele beliebte Reiseziele in Südostasien oder Südamerika liegen in Gebieten mit aktivem Vulkanismus. Vor Reiseantritt in diese Regionen empfiehlt es sich, aktuelle Vulkanaktivitäten vor Ort zu checken. Doch wo informieren? Hierzu haben wir eine Linkliste für ausgewählte Reiseländer zusammengestellt.

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Ausbruch des Vulkans Reventador in Ecuador

Jüngst gelangen dem britischen Vulkan-Fotografen Dr. Richard Roscoe in den Anden spektakuläre Aufnahmen vom Ausbruch des aktiven Stratovulkans Reventador. Er befindet sich rund 90 Kilometer von Quito entfernt, der Hauptstadt Ecuadors.

Gesellschaft und Vulkanismus

Ein beherrschbares Risiko?

Die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen können ganze Gesellschaften beeinflussen. Ob Landwirtschaft oder Flugverkehr, in vielen Bereichen kommt es auf ein intensives Vulkanmonitoring an. Insbesondere Megacities wie Mexiko-Stadt, Manila oder Auckland, die in der Nähe bzw. direkt auf einem aktiven Vulkanfeld liegen, sind besonders gefährdet. Gibt es Grenzen des Managements von Vulkangefahren, etwa bei Supereruptionen? Und warum üben Vulkane eine so große Faszination aus, dass sie zu einem Hauptmotiv für Naturkatastrophenfilme wurden? Im nachfolgenden Kapitel wollen wir diesen Fragen nachgehen.

Lassen sich vulkanische Risiken managen?

Bei der Beobachtung von Vulkanen und der Einschätzung von Risiken hat die Wissenschaft große Fortschritte gemacht. Aber greifen diese Erkenntnisse auch, wenn es um Supereruptionen geht? Der britische Vulkanologe Clive Oppenheimer hat sich in seinem Standardwerk „Eruptions that Shook the World“ dieser Frage gewidmet.

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Wo genau können neue Vulkane entstehen?

Die Menschheit breitet sich immer mehr über den Planeten aus. Dies hat zur Folge, dass urbane Räume Vulkanen und monogenetischen Vulkanfeldern immer näherkommen. In Europa liegt Neapel in unmittelbarer Nähe eines solchen Feldes. Hier wäre es wichtig zu wissen, wo Lava austreten könnte. Mit diesen Fragen beschäftigt sich Dr. Eleonora Rivalta vom Deutschen GeoForschungsZentrum.

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Die Bedeutung von Informationen zu Vulkanausbrüchen für den Flugverkehr

Vulkanasche und Vulkanwolken können erhebliche Auswirkungen auf den Flugverkehr haben. Der erfahrene Pilot und Flugwetter-Experte Klaus Sievers gibt einen Überblick über aktuelle Regelungen und die Chancen für die Flugsicherheit, die sich aus neuen Technologien ergeben.

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Vulkanausbruch auf Island: Was lässt sich für die Risikovorsorge lernen?

Im Jahre 2010 brach der Vulkan Eyjafjallajökull auf Island aus. Monatelang war der Flugverkehr über Europa lahmgelegt. Was würde heute anders laufen? Wie sinnvoll sind Grenzwerte für Vulkanasche in der Atmosphäre? – Ein Interview mit dem Vulkanologen PD Dr. Thomas Walter.

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Modellierung der atmosphärischen Ausbreitung von Vulkanasche

Aerosolpartikel von Vulkanausbrüchen können landwirtschaftliche Erträge mindern oder Flugzeug-Triebwerke schädigen. Der Ferntransport von Aerosolen lässt sich mit Modellen beschreiben, die bei den Vorhersagen der großen Vulkan-Warnzentren genutzt werden.

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Mit Katastrophen unterhalten. Zur Faszination von Vulkanen im Film

In Vulkankatastrophenfilmen werden die zerstörerischen Wirkungen eines Vulkanausbruchs als spektakuläres Unterhaltungserlebnis inszeniert. Warum lässt sich mit cineastischen Vulkanausbrüchen immer wieder ein Millionenpublikum anlocken?

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Vulkanismus und Klima

Klima und Vulkane, ein wechselseitiges Verhältnis

Kaum eine geologische Aktivität hat das Klima auf der Erde so stark beeinflusst wie Vulkanismus. Klimarelevant sind vor allem starke, explosive Vulkanausbrüche in den Tropen. Sie verbreiten ausgestoßene Partikel in den oberen Atmosphärenschichten beider Hemisphären und sind dadurch weltweit klimawirksam. Sie können auch zu einer Abkühlung führen und die veränderte Sonneneinstrahlung kann Missernten mitverursachen. Gleichzeitig kann das Wetter die Aktivität von Vulkanen beeinflussen. Wettereinflüsse können gar zum Ausbruch eines Vulkans führen.  

Vulkanismus und Klima in der Vergangenheit

Insbesondere große Vulkanausbrüche in den Tropen können weltweit Wirkungen zeigen. Aus Eisbohrkernen der Polarregionen lässt sich ablesen, wie stark Vulkanausbrüche in der Vergangenheit waren. Die genauen Auswirkungen werfen viele Forschungsfragen auf.

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Die Wechselwirkungen von Vulkanismus und Klima

Vulkanausbrüche können immense Wirkungen auf die Ozonschicht haben. Es kann vermehrt regnen oder regional zu Missernten kommen. Auch eine umgekehrte Wirkung wird diskutiert: Der Klimawandel könnte sich zeitlich versetzt auf vulkanische Aktivität auswirken. 

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Der Einfluss von Wetter auf Vulkanaktivität

Bekannt ist, dass in der Vergangenheit Vulkanismus mehrfach das Klima maßgeblich beeinflusst hat. Weit weniger bekannt ist, dass Vulkane „wetterfühlige“ Gebilde sind und Vulkanaktivität vom Wetter gesteuert ist.

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Unterseeischer Vulkanismus

Vulkane in Ozeanen – eine geheimnisvolle Welt besser verstehen

Die meisten Ausbrüche von Vulkanen im Meer geschehen, ohne dass wir davon erfahren. Dabei kann das Gefahrenpotential submariner Vulkane beträchtlich sein. Eine vulkanisch besonders aktive Zone im Meer sind die Mittelozeanischen Rücken. Vulkangebiete im Meer sind wirtschaftlich interessant, da sich hier bedeutende Erzlagerstätten befinden. Die Erforschung von submarinem Vulkanismus öffnet uns auch ein Fenster in der Vergangenheit. So war sogenannter Flutbasalt-Vulkanismus mehrfach Auslöser für das Massenaussterben von Arten.

Die unbekannte Welt von Unterwasser-Vulkanen

Die meisten Vulkanausbrüche finden dort statt, wo wir sie nur schwer beobachten können: unter Wasser. Ein kleiner Einblick in die noch junge Forschungsdisziplin der Erkundung submariner Vulkane.

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Die Mittelozeanischen Rücken

Der Großteil der vulkanischen Aktivität auf der Erde findet vermutlich entlang der Mittelozanischen Rücken statt. Nur ein Prozent dieser längsten Bergkette der Welt ist im Detail erforscht. Noch weitgehend unbekannt sind die faszinierenden Ökosysteme, die in völlig lichtloser Umgebung der Ozeane Lebensräume für viele Arten bieten.

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Vulkanismus und erzbildende Prozesse an Subduktionszonen

An Inselbogenvulkanen können sich im Untergrund, nahe des entgasenden Magmas, Lagerstätten für ökonomisch interessante Metalle wie Kupfer, Molybdän oder Gold bilden.

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Magmatismus in Sedimentbecken

Klassische Vulkanberge repräsentieren nur einen kleinen Teil dessen, was als geschmolzenes Magma aus der Erdkruste an die Oberfläche dringt. Forschende des GEOMAR geben Einblicke in eine unbekannte Welt, die in der Vergangenheit bereits gefährliche Kettenreaktionen auslöste.

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Hotspots und Inselketten

Geschätzt mehr als 25 Millionen Vulkane bedecken den Meeresboden. Eine besondere Form des Vulkanismus findet sich inmitten von tektonischen Platten, wenn diese über Hotspots gleiten.

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Marine Supervulkane und deren Auswirkungen in der Erdgeschichte

Millionen Quadratkilometer im Meer sind von gigantischen Lavaschichten bedeckt. Erdgeschichtlich führte dieser Flutbasalt-Vulkanismus immer wieder zum Massenaussterben von Arten.

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Geothermie

Energie aus der Tiefe

Geothermie ist eine der nach wie vor unterschätzten Quellen für eine nachhaltige Energieversorgung. Forschung und Energiewirtschaft arbeiten intensiv daran, heiße Regionen in der Tiefe der Erdkruste noch besser aufzuspüren und für die Energieversorgung zu erschließen. Besonders in vulkanisch aktiven Regionen wie Island oder Indonesien sind die Potenziale enorm. Um die Wirtschaftlichkeit von Geothermie weiter zu erhöhen, sind neue Erkundungsmethoden nötig. Hierbei geraten auch vulkanische Seen zunehmend ins Visier, da mit wissenschaftlichen Methoden attraktive Bohrpunkte identifiziert werden.

 

GEMex: Erkundung und Erschließung unkonventioneller geothermischer Ressourcen

Superheiße Geothermalsysteme mit Temperaturen über 350°C können eine deutlich höhere Stromproduktion mit weniger Bohrungen ermöglichen. Aber sie erfordern neuartige und innovative Explorations- und Nutzungskonzepte.

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Superkritische Geothermal-Systeme: Energienutzung in vulkanischen Gebieten

Die Energieausbeute aus einer geothermischen Bohrung würde sich vervielfachen, wenn es gelänge, geothermische Reservoire mit Flüssigkeiten jenseits des kritischen Punktes zu erschließen. Der wirtschaftliche Vorteil könnte enorm sein.

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Geothermie-Ressourcen unter vulkanischen Seen mit neuen Methoden erkunden

Geothermie wird als alternative Energiequelle immer wichtiger. Allerdings sind Erkundungsbohrungen aufwändig und damit teuer. Mit neuen Methoden der Erkundung lässt sich die Treffsicherheit der Bohrungen und die Wirtschaftlichkeit von Geothermie-Anlagen erhöhen.

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Frühwarnung und Monitoring

Herausforderung für Wissenschaft: Die Beobachtung von Vulkanen

Durch immer weiter verfeinerte Messmethoden ist es möglich, die Aktivitäten eines Vulkans genauer zu erfassen und zu lokalisieren. Dies kann helfen, den möglichen Schaden durch einen Ausbruch zu verringern. Gefährdete Gebiete können vorab identifiziert und Evakuierungspläne erarbeitet werden. Beim Vulkanmonitoring wird mit High-Tech gearbeitet. Dazu zählt der Einsatz von Forschungsdrohnen. Auch die Fernerkundung aus dem All gewinnt an Bedeutung.

Durch Überwachung das Risikopotential von Vulkangefahren erkennen

Auch wenn sich viele Vulkanausbrüche nach wie vor nicht hundertprozentig vorhersagen lassen: Ein intensives Vulkan-Monitoring kann einen wesentlichen Beitrag leisten, um Risikopotentiale für die Bevölkerung besser zu erkennen.

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High-Tech-Einsatz beim Vulkanmonitoring

Bei der Überwachung von Vulkanen kommen modernste Methoden zum Einsatz, um den Aktivitäten im Untergrund auf die Spur zu kommen. Durch Satellitenüberwachung aus dem Weltall können wertvolle Daten gewonnen werden, die sich mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz auswerten lassen.

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Aus der Vogelperspektive: Drohnen in der Vulkanforschung

Forschungsdrohnen ermöglichen einen völlig neuen Blick auf aktive Vulkane. Mit ihnen sind schnell hochauflösende Bilder direkt aus dem Krater erhältlich. Zugleich minimiert ihr Einsatz die Gefahren für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.

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Fernerkundung aktiver Vulkane mit Kleinsatelliten

Eine Demonstrator-Mission anlässlich des Stromboli-Ausbruchs von 2014 zeigt, dass Kleinsatelliten neue Möglichkeiten für das Vulkanmonitoring bieten. Das Einsatzspektrum für die Beobachtung ist sehr breit, von sehr kleinen bis zu großen vulkanischen Aktivitäten.

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Verbesserte Abschätzung von Vulkanemissionen mit Satelliten und Supercomputing

Mit besonders schnellen Computern, wie es sie am Forschungszentrum Jülich gibt, lassen sich Satellitendaten und Atmosphärenmodelle kombinieren. So lässt sich die Ausbreitung von Vulkanasche und Vulkangasen noch besser voraussagen.

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Überwachung vulkanischer Seen

Auch von vulkanischen Seen können Gefahren ausgehen. Wichtig zur Bewertung des Gefährdungspotentials sind unter anderem Seebodentemperatur oder Hangstabilität. Welche Parameter entscheidend sind und welche Konzepte sinnvoll, erläutert Dr. Egbert Jolie vom Deutschen GeoForschungsZentrum im Interview.

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Warum brauchen wir Vulkanforschung in Deutschland?

Im direkten Einflussbereich von Vulkanen leben 800 Millionen Menschen. Vulkanausbrüche können daher schnell schwerwiegende Auswirkungen haben – und das weltweit. Komplexe Vulkanforschung und -überwachung können viele Länder nicht allein stemmen. Und auch bei uns in Deutschland gibt es nur eine lückenhafte Überwachung hiesiger Vulkanregionen wie der Eifel. – Ein Interview mit dem Vulkanologen PD Dr. Thomas Walter.

Interview lesen 

Vulkanismus im Sonnensystem

Vulkane im Sonnensystem

Warum brechen Vulkane überhaupt aus? Die Gesetze der Thermodynamik helfen, Vulkanismus zu verstehen. Vulkanspuren lassen sich auf vielen Planeten unseres Sonnensystem finden. Sie können völlig unterschiedliche Formen und Erscheinungsweisen annehmen. Im Weltall gibt es auch Kryovulkanismus. Hier verhalten sich Wasser und Schlamm ähnlich wie Magma. Der größte Vulkan des Sonnensystems liegt auf dem Mars. Der Durchmesser von Olympus Mons beträgt rund 600 Kilometer, seine Steilkanten sind bis zu 7.000 Meter hoch.

Vulkanismus im Planetensystem – ein Überblick

Vulkanismus ist schon auf unserem Planeten ein faszinierendes Phänomen. Nimmt man auch noch andere Himmelskörper in den Blick, dann zeigt sich, dass Vulkanismus ein grundlegender Prozess in unserem Sonnensystem ist.

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Marsvulkan Olympus Mons – der größte Vulkan unseres Sonnensystems

Olympus Mons auf dem Mars ist der größte Vulkan in unserem Sonnensystem. Er gilt als erloschen, aber das kann täuschen. Wie auf der Erde, spielen auch auf dem Mars Vulkane eine wichtige Rolle in der Planetengeschichte. Dennoch ist diese Geschichte völlig anders verlaufen.

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Referenzen

  • Thüsen, J. v. d. (2008). Schönheit und Schrecken der Vulkane. Zur Kulturgeschichte des Vulkanismus. Darmstadt: Wissenschaftliche Buchgesellschaft.

DOI (für das gesamte Themenspezial)
https://doi.org/10.2312/eskp.2020.2

Zitiervorschlag: Jorzik, O., Kandarr, J., Klinghammer, P. & Spreen, D. (Hrsg.). (2020). ESKP-Themenspezial Vulkanismus und Gesellschaft. Zwischen Risiko, Vorsorge und Faszination. Potsdam: Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ. doi:10.2312/eskp.2020.2