Der Kivu-See ist eines der seltsamsten Gewässer Afrikas. Eine ungewöhnliche Reihe von Eigenschaften machen es zu einem faszinierenden Thema für Wissenschaftler, sowie eine potenzielle Quelle der Gefahr und des Wohlstands für die Millionen von Menschen, die in der Nähe leben.

Kivu verhält sich nicht wie die meisten tiefen Seen. Typischerweise, Wenn Wasser an der Oberfläche eines Sees gekühlt wird — zum Beispiel durch Winterlufttemperaturen oder Flüsse, die Frühlingsschneeschmelze tragen — sinkt dieses kalte, dichte Wasser, und wärmeres, weniger dichtes Wasser steigt tiefer im See auf. Dieser als Konvektion bekannte Prozess hält die Oberflächen tiefer Seen im Allgemeinen wärmer als ihre Tiefen.

Aber am Kivu—See haben sich die Umstände verschworen, um diese Vermischung zu blockieren, was dem See unerwartete Qualitäten verleiht – und überraschende Konsequenzen.

Kivu liegt an der Grenze zwischen Ruanda und der Demokratischen Republik Kongo und gehört zu einer Reihe von Seen, die den ostafrikanischen Grabenbruch säumen, in dem der afrikanische Kontinent langsam von tektonischen Kräften auseinandergezogen wird. Die daraus resultierenden Spannungen verdünnen die Erdkruste und lösen vulkanische Aktivität aus, wodurch heiße Quellen unter Kivu entstehen, die heißes Wasser, Kohlendioxid und Methan in die unteren Schichten des Sees leiten. Mikroorganismen verwenden einen Teil des Kohlendioxids sowie organische Stoffe, die von oben absinken, um Energie zu erzeugen und zusätzliches Methan als Nebenprodukt zu erzeugen. Kivus große Tiefe — mehr als 1.500 Fuß an seinem tiefsten Punkt – erzeugt so viel Druck, dass diese Gase gelöst bleiben.

Diese Mischung aus Wasser und gelösten Gasen ist dichter als Wasser allein, was das Aufsteigen verhindert. Das tiefere Wasser ist auch salziger, da Sedimente aus den oberen Schichten des Sees und aus Mineralien in den heißen Quellen regnen, was die Dichte weiter erhöht. Das Ergebnis, sagt der Limnologe Sergei Katsev von der University of Minnesota Duluth, ist ein See mit mehreren unterschiedlichen Wasserschichten stark unterschiedlicher Dichte, zwischen denen nur dünne Übergangsschichten liegen.

Die Schichten lassen sich grob in zwei Regionen unterteilen: eine mit weniger dichtem Oberflächenwasser oberhalb einer Tiefe von etwa 200 Fuß und darunter eine Region mit dichtem Salzwasser, die selbst weiter geschichtet ist, sagt Alfred Wüest, Wasserphysiker an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne. In jeder Ebene wird gemischt, aber sie interagieren nicht miteinander. „Denken Sie nur an die gesamte Wassermasse, die Tausende von Jahren dort saß und nichts tat“, sagt Wüest, Autor eines Artikels aus dem Jahr 2019 im Annual Review of Fluid Mechanics, der die Konvektion in verschiedenen Seen der Welt untersuchte, einschließlich seltsamer Ausreißer wie dem Kivu-See.

Aber der Kivu-See ist mehr als nur eine wissenschaftliche Kuriosität. Seine ungewöhnliche Schichtung und das Kohlendioxid und Methan, die in seinen tieferen Schichten eingeschlossen sind, haben Forscher besorgt, dass es eine Katastrophe sein könnte, die darauf wartet, passiert zu werden.

Lauernde Gefahr

Etwa 1.400 Meilen nordwestlich von Kivu sammelt und fängt ein Kratersee in Kamerun, der als Nyos—See bekannt ist, große Mengen gelösten Gases — in diesem Fall Kohlendioxid – aus einem Vulkanschlot am Grund des Sees ein. Am 21.August 1986 wurde das tödliche Potenzial dieses Gasreservoirs auf spektakuläre Weise demonstriert. Möglicherweise aufgrund eines Erdrutsches wurde plötzlich eine große Menge Wasser verdrängt, wodurch sich das gelöste Kohlendioxid schnell mit den oberen Schichten des Sees vermischte und in die Luft abgab. Eine große, tödliche Gaswolke erstickte etwa 1.800 Menschen in nahe gelegenen Dörfern.Ereignisse wie diese werden limnische Eruptionen genannt, und Wissenschaftler befürchten, dass Kivu für ein ähnliches, noch tödlicheres Ereignis reif sein könnte. Nyos ist ein relativ kleiner See, der etwas mehr als eine Meile lang, knapp eine Meile breit und weniger als 700 Fuß tief ist. Kivu ist 55 Meilen lang, 30 Meilen breit an seiner breitesten Stelle und mehr als doppelt so tief wie Nyos. Aufgrund seiner Größe, sagt Katsev, hat Kivu „das Potenzial für einen großen, katastrophalen limnischen Ausbruch, bei dem viele Kubikmeilen Gas freigesetzt würden.“Zum Zeitpunkt des Ausbruchs lebten etwa 14.000 Menschen in der Nähe von Nyos; Mehr als 2 Millionen leben heute in der Nähe des Kivu-Sees, darunter etwa 1 Million Einwohner der Stadt Bukavu in der Demokratischen Republik Kongo. Wenn Kivu einen limnischen Ausbruch erleben würde, sagt die Limnologin Sally MacIntyre von der University of California, Santa Barbara, „wäre es völlig katastrophal.“

Dies ist nicht nur ein theoretisches Problem. Wissenschaftler haben Hinweise auf mindestens einen früheren limnischen Ausbruch in Kivu gefunden, der wahrscheinlich vor 3.500 bis 5.000 Jahren stattfand, und möglicherweise mehrere neuere. Sedimentkerne, die vom Grund des Sees entnommen wurden, zeigten Merkmale, die als braune Schichten bekannt sind und sich von den umgebenden Sedimenten unterscheiden. Diese Sedimentbänder sind „sehr ungewöhnliche, organisch reiche Schichten“, sagt Katsev, die das Ergebnis von Eruptionen sein könnten.

Limnische Eruptionen können aus zwei Gründen auftreten. Wenn das Wasser vollständig mit gelösten Gasen gesättigt ist, wird zusätzliches Kohlendioxid oder Methan, das in den See injiziert wird, gezwungen, aus der Lösung zu sprudeln, aufzusteigen und in die Luft freigesetzt zu werden. Eruptionen können auch verursacht werden, wenn etwas das tiefe Wasser mit seinen gelösten Gasen dazu zwingt, sich mit den darüber liegenden Schichten zu vermischen, wodurch der Druck auf die Gase verringert wird und sie schnell aus der Lösung austreten und entweichen können, ähnlich wie beim Schütteln einer Dose Soda und dann öffnen.

Während ein Erdrutsch des Ausmaßes, das bei der Nyos-Eruption vermutet wurde, aufgrund der Größe und Tiefe des Sees möglicherweise nicht genug Wasser in Kivu verursacht, gibt es mehrere andere mögliche Auslöser. Kivu befindet sich in einem seismisch aktiven Gebiet, so dass ein Erdbeben Wellen im See erzeugen könnte, die die Schichten genug mischen würden, um die eingeschlossenen Gase freizusetzen. Auch das Klima ist ein potenzieller Schuldiger. Mindestens ein früherer Ausbruch, der in der Sedimentaufzeichnung entdeckt wurde, scheint durch Dürre verursacht worden zu sein, die genug Wasser von der Spitze des Sees verdunstete, um den Druck auf den unteren Ebenen zu verringern und die gelösten Gase freizusetzen. Niedrigere Wasserstände in Trockenperioden könnten Kivu auch anfälliger für Störungen durch besonders starke Regenfälle machen. Sie könnten genug aufgebautes Sediment aus den Dutzenden von Bächen spülen, die in den See münden, um die Schichten zu vermischen, sagt MacIntyre.Die Chancen für eine solche Abfolge von Ereignissen könnten steigen, wenn sich der Planet erwärmt, sagt MacIntyre. Der Klimawandel wird mehr Regen nach Ostafrika bringen, und „es wird in Form von extremeren Regnereignissen mit größeren Dürreintervallen dazwischen kommen.“

Ein weiterer möglicher Auslöser ist die vulkanische Aktivität unter dem See oder von umliegenden Vulkanen, aber Wissenschaftler halten das Risiko dafür für gering. Ein Ausbruch des nahe gelegenen Mount Nyiragongo im Jahr 2002 brachte nicht genug Material ein, um die unteren Schichten von Kivu zu stören. Und Modellierungsstudien haben gezeigt, dass der Vulkanismus unter dem See auch keine ausreichend große Störung verursachen würde, sagt MacIntyre.Was auch immer der Schuldige sein mag, der Effekt wäre derselbe: Angesammelte Gase werden aus ihrem gelösten Zustand freigesetzt, wodurch dichte Wolken aus Kohlendioxid und Methan entstehen, die, wie beim Kohlendioxid bei Nyos, Sauerstoff verdrängen und Menschen und Tiere ersticken könnten. Und wenn bei Kivu genug Methan in die Luft freigesetzt wird, besteht zusätzlich die Gefahr, dass es sich entzünden könnte.

Katsev sagt, dass der See regelmäßig auf Anzeichen eines Anstiegs der Gaskonzentration überwacht wird, so dass ein plötzliches Aufsteigen „uns nicht überraschen wird.“ Mehr als ein Dutzend seismische Stationen messen auch die Aktivität in der Nähe des Sees in Echtzeit. Und im Jahr 2001 begannen die Bemühungen, das Risiko einer weiteren Katastrophe in Nyos zu verringern, indem Wasser vom Grund des Sees durch ein Rohr an die Oberfläche abgesaugt wurde, wo das Kohlendioxid mit einer sicheren Geschwindigkeit in die Luft freigesetzt wird. Ähnliche Bemühungen sind in Kivu im Gange.

Bergbau in der Tiefe

Wenn die Gaskonzentrationen in den Tiefen von Kivu steigen, steigt auch das Risiko. Wüest und Kollegen fanden heraus, dass von 1974 bis 2004 die Konzentration von Kohlendioxid um 10 Prozent gestiegen ist, aber die größere Sorge bei Kivu ist die Methankonzentration, die im gleichen Zeitraum um 15 bis 20 Prozent gestiegen ist.

Es kann jedoch eine Möglichkeit geben, Kivus Risiko in Belohnung umzuwandeln. Das gleiche Gas, das eine tödliche Naturkatastrophe anheizen könnte, hat Potenzial als erneuerbare Energiequelle für die Region. Im Jahr 2008 startete Ruanda ein Pilotprogramm, bei dem Methan aus dem See als Erdgas verbrannt wird, und unterzeichnete letztes Jahr einen Vertrag über den Export von Methan in Flaschen. Ein viel größeres Programm namens KivuWatt ging 2015 online.

Die Projekte pumpen Wasser aus den tiefen Schichten des Sees, und wenn der Druck auf dieses Wasser verringert wird, werden die Gase freigesetzt. Das Methan wird extrahiert, um als Brennstoff verwendet zu werden, und das Kohlendioxid wird wieder auf den Grund des Sees gepumpt. „Sie nehmen dieses Gas, versenden es per Pipeline an Land und verbrennen es so, wie Sie fossile Brennstoffe verbrennen würden, um Strom zu erzeugen“, sagt Katsev.

Diese Ernte könnte helfen, das Risiko von angesammeltem Gas im See zu reduzieren, obwohl es es nicht beseitigen wird. Dennoch, für einen See mit so viel Gefahr, die darunter lauert, hilft alles. Und für die Region rund um den See könnte es eine wichtige Energiequelle sein. Sobald KivuWatt vollständig online ist, werden allein die 100 Megawatt Leistung, die durch dieses Projekt erzeugt werden, einen signifikanten Unterschied für Ruanda machen, ein Entwicklungsland, das einen universellen Zugang zu Elektrizität anstrebt.