Vulkanologie: Neues aus Wissenschaft und Forschung

In dieser Kategorie lest ihr über neue Forschungsergebnisse der Geowissenschaftler, die in Studien zur Vulkanologie und Seismologie veröffentlicht wurden.

Taftan: Studie zur Bodendeformation im letzten Jahr

von

Als erloschen geltender Vulkan im Iran regt sich – Bodenhebungsphase des Taftan genauer untersucht

Fast eine Dreiviertelmillion Jahre ruhte der Taftan im Südosten des Irans, bevor er sich im letzten Jahr zu regen begann. Eine Studie, die jüngst in den Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, beleuchtet nun die Hintergründe der Hebungsphase und liefert genauere Daten, als damals zum Zeitpunkt der aktuellen Berichterstattung zur Verfügung standen.




Zwischen Juli 2023 und Mai 2024 registrierten Geoforscher mithilfe von Satellitenradardaten eine anhaltende Bodenhebung von bis zu 11 Zentimetern im Gipfelbereich des Taftan. Mit der hochauflösenden InSAR-Technik konnten selbst minimale Bewegungen des Untergrunds erfasst werden. Ein neu entwickeltes Verfahren, das sogenannte Common-Mode-Filtering, half nun, am Computer atmosphärische Störsignale aus den Satellitendaten herauszufiltern und so die Hebung präzise zu bestimmen.

Die Analysen zeigen, dass die Quelle der Deformation in nur etwa 500 bis 600 Metern Tiefe unter dem Gipfel liegt und somit deutlich oberhalb der alten Magmareservoire, die in drei bis neun Kilometern Tiefe vermutet werden. Erdbeben oder außergewöhnlicher Wassereintrag in Form von Niederschlägen als mögliche Ursachen konnten ausgeschlossen werden. Stattdessen deuten die Modelle auf eine Druckbeaufschlagung im flachen Untergrund hin, möglicherweise verursacht durch eingeschlossene Gase oder aufsteigende hydrothermale Fluide.

Parallel zur Bodenhebung wurde eine verstärkte fumarolische Aktivität festgestellt: Schwefelhaltige Dämpfe traten aus Rissen am Gipfel des Vulkans aus. Sogar in 50 Kilometer entfernten Ortschaften beschwerte sich Anwohner über übelriechende Gase. Diese Kombination aus Gasfreisetzung und Bodenhebung spricht laut den Forschenden für eine Reorganisation des hydrothermalen Systems oder sogar für eine kleinere magmatische Intrusion in größerer Tiefe.

Ein unmittelbarer Ausbruch ist nach Meinung der Forscher zwar unwahrscheinlich, doch der Befund zeigt, dass der Taftan keineswegs erloschen ist. Vielmehr scheint er in eine neue Aktivitätsphase einzutreten, deren Verlauf derzeit unvorhersehbar ist.

Die Studie ist ein Weckruf für die Region: Die Forschenden empfehlen, den Taftan künftig regelmäßig zu überwachen und als „potenziell aktiven Vulkan“ zu klassifizieren.

Die Studie verdeutlicht auch, dass die bis dato gültige Klassifizierung erloschener Vulkane nicht länger haltbar ist. Bis jetzt gilt ein Vulkan als erloschen, wenn er länger als 10.000 Jahre lang nicht ausbrach. Und nein, es ist kein Zombievulkan!

(Quelle: https://doi.org/10.1029/2025GL114853. Hauptautor der Studie: Mohammadhossein Mohammadnia (Universität Hongkong))

Campi Flegrei: Neue Studie belegt erhöhtes Ausbruchsrisiko

von

Ausbruchsgefahr der Campi Flegrei größer als bisher angenommen – Daten alter Studien widerlegt

Eine aktuelle Studie italienischer Vulkanologen stellt die bisherige Interpretation der Hebungs- und Senkungsphasen im Gebiet der Campi-Flegrei-Caldera bei Neapel grundlegend infrage – und lässt den Schluss zu, dass die derzeitige vulkanische Unruhe stärker mit magmatischen Prozessen verknüpft ist, als bislang angenommen.




Marcellum. © Marc Szeglat

Das internationale Forscherteam um Mauro Rosi und Flora Giudicepietro vom Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) veröffentlichte seine Ergebnisse im Fachjournal Geology. Sie zeigen, dass frühere Radiokarbondatierungen fossiler Meeresbewohner – vor allem von Bohrmuscheln und Röhrenwürmern, die am römischen Macellum von Pozzuoli (Serapeo) gefunden wurden – stark verfälscht waren. Jahrzehntelang galten diese Messungen als Beweis für mehrere „nicht-eruptive“ Hebungs- und Senkungsphasen der Küste im Mittelalter. Bei diesen Phasen soll das Marcellum mehrmals so weit abgesenkt worden sein, dass es unter Wasser geriet und sich die Meeresbewohner dort ansiedelten. Das Argument mehrerer nicht-eruptiver Hebungsphasen diente oft zur Beruhigung: Wenn sich die Caldera damals mehrfach hob und senkte, ohne auszubrechen, müsse das heutige Bodenbeben nicht gefährlich sein. Doch genau diese Annahme fällt nun in sich zusammen.

Die neuen Analysen belegen, dass die Radiokarbon-Daten durch CO₂ aus der nahegelegenen Thermalquelle Cantarello, verfälscht wurden. Dieses Gas stammt aus großer Tiefe, enthält kein ¹⁴C und täuschte dadurch ein viel höheres Alter der organischen Proben vor. Bei den neuen Analysen wurden Fossilien von Meeresbewohnern mit jenen des Marcellums verglichen, die in einer Grotte bei Rione Terra gefunden wurden, jenem Ort, der im Zentrum der heutigen Hebungsphase liegt und sich nur einige hundert Meter vom Marcellum entfernt befindet.  Das bedeutet: Die vermeintlich alten Hebungsphasen hat es nie gegeben. Stattdessen gab es in den vergangenen zwei Jahrtausenden nur eine dokumentierte großräumige Hebung – jene, die der Eruption des Monte Nuovo im Jahr 1538 vorausging.

Damit rückt die aktuelle Aktivität der Campi Flegrei in ein neues Licht. Seit 1950 hob sich der Boden der Caldera in mehreren Phasen um insgesamt rund vier Meter. Begleitet wird dies von zunehmender Seismizität und ansteigenden Gasemissionen. Bislang wurde diese Entwicklung teilweise als „Bradyseismus“ ohne unmittelbare Eruptionsgefahr gedeutet. Die neue Studie legt jedoch nahe, dass die gegenwärtige Hebung – ähnlich wie im 15. Jahrhundert – durch aufsteigendes Magma verursacht wird. Andere Studien zeigten in den letzten Wochen bereits, dass ältere Hebungsphasen entweder nicht stattgefunden hatten oder bereits zur Hebungsphase gehörten, die in der Monte-Nuovo-Eruption gipfelte.

Die Forscher warnen, dass die Wahrscheinlichkeit eines künftigen Ausbruchs damit höher einzuschätzen ist als bisher angenommen. Zwar lasse sich kein Zeitpunkt vorhersagen, doch alle geochemischen und geophysikalischen Indikatoren sprächen für eine erneute Magmazufuhr in das flache Fördersystem. „Unsere Ergebnisse sind ein Weckruf“, so Giudicepietro. „Die Campi Flegrei befinden sich in einer kritischen Phase, die größte Aufmerksamkeit verdient.“

Ich persönlich vertrete schon seit einigen Jahren den Standpunkt, dass wir es in den Campi Flegrei mit einem wachsenden Eruptionsrisiko zu tun haben, und halte die alten Modelle zum Phänomen des Bradyseismus für wissenschaftlich überholt. Die Anhänger dieser These ergehen sich in komplizierten Konstrukten hinter dem Phänomen, anstatt zu akzeptieren, was man in der Caldera und besonders in der Solfatara überall sieht: Die Spuren der Kräfte des Vulkanismus sind allgegenwärtig, und was sonst als Magma sollte der Motor hinter der Bodenhebung sein?

(Quelle: https://doi.org/10.1130/G53578.1)

Mathematisches Vorhersagemodell für Vulkanausbrüche erstellt

von

Mathematisches Modell zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen: Shannon-Entropie könnte Prognosen genauer machen

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Miguel Ángel Méndez hat ein neuartiges mathematisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Vulkanausbrüche künftig präziser vorhersagen lassen könnten. Die Methode basiert auf Parametern aus der Informationstheorie und Signalstatistik – insbesondere der Shannon-Entropie (SE), der Kurtosis und dem Frequenzindex (FI). An der Studie waren unter anderem das Instituto Volcanológico de Canarias (INVOLCAN), die Universität Granada und das Instituto Tecnológico y de Energías Renovables (ITER) beteiligt. Sie wurde im Journal of Volcanology and Geothermal Research veröffentlicht.

Vulkanausbruch La Palma

Die Forschenden wendeten das Konzept der Shannon-Entropie auf seismische Daten an, um Veränderungen in der inneren Dynamik von Vulkanen zu erkennen. In der Vulkanologie beschreibt die Entropie, wie „geordnet“ oder „chaotisch“ die seismischen Signale eines Vulkans sind. Ein niedriger Entropiewert bedeutet, dass die Signale regelmäßig und vorhersehbar sind – das System arbeitet geordneter. Ein Entropieabfall kurz vor einem Ausbruch deutet darauf hin, dass das vulkanische System gleichmäßige, rhythmische Schwingungen wie harmonischen Tremor erzeugt, die mit dem Aufstieg von Magma und der Vorbereitung einer Eruption verbunden sind. Hohe Entropie steht dagegen für zufällige, unvorhersehbare Erdbebensignale, wie sie während einer Ruhephase auftreten können.

Ergänzend dazu liefert die Kurtosis Hinweise auf impulsive seismische Ereignisse, Schwärme und explosive Phasen, während der Frequenzindex Veränderungen in den dominanten Frequenzbändern erfasst, die etwa mit Frakturen, Tremor oder Magmaaufstieg verknüpft sind. Die Kombination dieser Parameter erlaubt es, sowohl die Vorläufer als auch die verschiedenen Entwicklungsphasen einer Eruption detaillierter zu charakterisieren.

Das Team analysierte seismische Daten zweier Vulkane: des Tajogaite auf La Palma, der 2021 ausbrach, und des mexikanischen Colima, der zwischen 2013 und 2022 aktiv war. Dabei zeigte sich, dass die Shannon-Entropie bereits Stunden vor den Eruptionen deutlich abfiel, während Kurtosis und Frequenzindex charakteristische Veränderungen aufwiesen, die mit zunehmender vulkanischer Aktivität korrelierten. Im Fall des Tajogaite konnte der bevorstehende Ausbruch mindestens neun Stunden im Voraus erkannt werden. Ein Anstieg der Entropie nach dem Ende der Eruption signalisierte zudem die Rückkehr zur vulkanischen Ruhe.

Da die Methode automatisiert auf große Datenmengen angewendet werden kann und Echtzeitanalysen ermöglicht, könnte sie bestehende Überwachungssysteme deutlich verbessern. INVOLCAN betont, dass dieser Ansatz einen entscheidenden Fortschritt für die Vulkanbeobachtung auf den Kanarischen Inseln darstellt, da die frühzeitige Erkennung geordneter seismischer Muster sowie impulsiver Ereignisse und Frequenzänderungen entscheidend für den Bevölkerungsschutz und die Notfallplanung ist. (Quelle: https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2025.108454, Pressemeldung INVOLCAN)

PNG: Hydrothermalfeld speit Gold und Lebensbausteine aus

von

Neuentdecktes Hydrothermalfeld vor Papua-Neuguinea verwundert Forscher: Es förderte Gold und die Bausteine des Lebens

Vor der Küste Papua-Neuguineas haben internationale Forschende unter Leitung von GEOMAR ein Hydrothermalfeld entdeckt, das die Art und Weise, wie wir die Geologie der Tiefsee und sogar die Entstehung des Lebens auf der Erde verstehen, verändern könnte. Das sogenannte „Karambusel-Feld“ liegt an der Westflanke des Conical Seamount, eines vermutlich erloschenen Vulkans in der Tabar-Lihir-Tanga-Feni-Inselkette (TLTF). Diese Inselkette ist das Produkt einer Subduktionszone, in der die Pazifische Platte unter die Bismarck-Platte abtaucht. Hier, in 1200 Metern Tiefe, stoßen zwei Welten aufeinander: magmatisch erhitzte Hydrothermalflüssigkeiten und kühle Kohlenwasserstoff-Sickersysteme, die hauptsächlich Methan fördern.

Subduktion als Motor

Karambusel-Hydrothermalfeld

Die Entdeckung von Karambusel ist nicht nur eine geologische Kuriosität, sondern auch ein Lehrbuchbeispiel dafür, wie Subduktionsprozesse das Antlitz des Meeresbodens prägen. Wenn die ozeanische Platte unter die benachbarte Platte gezogen wird, schmilzt ein Teil des abtauchenden Materials im Erdmantel auf. Das erzeugte Magma steigt auf und bildet Vulkane, wie sie auf der TLTF-Kette zu finden sind.

Der Conical Seamount ist ein solcher Vulkan. Radiometrische Altersdatierungen zeigen, dass er vor rund 88.500 Jahren aktiv war. Seitdem ist sein Magmasystem abgekühlt, aber nicht völlig erloschen. Genügend Restwärme bleibt, um Meerwasser, dass durch Risse und Spalten in den Meeresboden eindringt zu erwärmen und zirkulieren zu lassen. In mehreren Kilometern Tiefe wird dieses Wasser erhitzt, mit Mineralen angereichert und tritt schließlich an der Flanke des Seamounts wieder aus.

Das macht Karambusel zu einem sogenannten postvulkanischen Hydrothermalsystem. Es ist der „Nachglüher“ eines erloschenen Vulkans. Besonders spannend: Die tektonischen Störungen, die durch dieselben Subduktionsprozesse entstehen, fungieren auch als Aufstiegsrouten für Kohlenwasserstoffe aus den umliegenden Sedimenten. So entsteht ein einzigartiges hybrides System, das bislang weltweit ohne Beispiel ist.

Schatzkammer der Tiefsee

Die geochemischen Analysen zeigen, dass Karambusel eine Schatzkammer an Edelmetallen beherbergt. Gesteinsproben enthalten Gold- und Silberminerale, die auf frühere Hochtemperaturphasen hinweisen. Heute treten dort vor allem warme Fluide von bis zu 51 °C aus, die reich an Lithium, Silizium, Arsen, Antimon und anderen Elementen sind. Solche hydrothermalen Systeme gelten als natürliche „Raffinerien“ für die Entstehung von Erzvorkommen.

Für die Rohstoffindustrie ist das von großem Interesse. Die benachbarte Lihir-Insel beherbergt eines der größten Goldbergwerke der Welt – ebenfalls ein Produkt eines hydrothermalen Systems in einem subduktionsbezogenen Vulkanbogen. Karambusel bietet daher ein modernes Analogon für die Bildung solcher Lagerstätten.

Bei all dem Rohstoffreichtum stellt sich die Frage, ob dieser von Menschen abgebaut werden sollte. Tiefseebergbau ist umstritten, denn er stellt einen massiven Eingriff in die sensiblen Ökosysteme dar und verursacht oft irreversible Schäden. Die Fauna am Karambusel-Feld – darunter Muscheln, Röhrenwürmer und Bakterienmatten – ist hochspezialisiert und endemisch. Forschende warnen, dass jede kommerzielle Aktivität hier nicht nur geologische, sondern auch biologische Archive zerstören könnte.

Ein Hinweis auf die Ursprünge des Lebens

Viele Hypothesen zur Entstehung des Lebens sehen Hydrothermalquellen als Geburtsort der ersten Stoffwechselkreisläufe. Die Mischung aus Wärme, mineralischen Ausscheidungen und chemischen Prozessen bietet ideale Bedingungen für die Synthese komplexer organischer Moleküle als Voraussetzung für die Entstehung von Leben.

Karambusel liefert dafür ein besonders spannendes Umfeld: Die dort austretenden Kohlenwasserstoffe bestehen zu über 85 Prozent aus Methan, ergänzt durch Ethan, Propan und andere leichte Kohlenwasserstoffe. Diese stammen nicht aus rein abiotischer Synthese, sondern sind thermogen und sind aus erhitztem organischen Material entstanden. Damit zeigt Karambusel, dass frühe Hydrothermalsysteme nicht nur anorganische Chemie, sondern auch reichlich organische Moleküle bereitgestellt haben könnten.

Hinzu kommt, dass die Temperaturen am Austritt vergleichsweise moderat sind. Während die berühmten „Schwarzen Raucher“ Temperaturen von über 350 °C erreichen, bietet Karambusel ein milderes, geradezu „lebensfreundliches“ Milieu. Das könnte für empfindliche Moleküle wie RNA oder frühe Zellstrukturen von Vorteil gewesen sein.

Die Entdeckung des Karambusel-Feldes zeigt, wie wenig wir über die Tiefsee wissen. Sie ist ein Ort, an dem geologische Prozesse, Ökosysteme und sogar die Bausteine des Lebens auf einzigartige Weise zusammenwirken. Gleichzeitig erinnert sie uns daran, wie verletzlich solche Systeme sind.

Die Wissenschaft hat hier ein Labor unter natürlichen Bedingungen gefunden, das uns nicht nur etwas über Erzbildung und Vulkanismus lehrt, sondern auch über unsere eigene Entstehungsgeschichte. Die Frage, ob solche Felder eines Tages wirtschaftlich genutzt werden dürfen, wird sich die Gesellschaft stellen müssen. (Quellen: sciencedirect.com, Pressemeldung GEOMAR)

Santorin: Erdbebenserie durch große Magmenintrusion verursacht

von
Blick von der Vulkaninsel Nea Kameni zum Calderarand von Santorin. © Marc Szeglat

Erdbebenserie bei Santorin: Neue Studie enthüllt massiven Magma-Aufstieg unter dem Meeresboden

Die Vulkan-Community hat lange auf neue Studien zu der starken Erdbebenserie gewartet, die sich zwischen Januar und März 2025 nordöstlich von Santorin zutrug und nicht nur zahlreiche Inselbewohner in die Flucht trieb, sondern auch eine wissenschaftliche Kontroverse auslöste. Strittig war insbesondere die Ursache der Beben: Während eine Gruppe rein tektonische Prozesse hinter den Erdbeben vermutete, sah die andere Fraktion ihren Ursprung in einer Magmenintrusion. Eine neue Studie internationaler Forschender unter Leitung des GFZ liefert nun Belege für letztere Hypothese.

Kernaussagen der Studie:

  • Im Juni 2024 begann sich Magma unter Santorin anzusammeln und die Insel hob sich leicht.
  • Im Januar 2025 startete die Intrusion eines 13 Kilometer langen magmatischen Gangs, der aus einem mitteltiefen Reservoir unter Kolumbos gespeist wurde.
  • Die Intrusion stoppte in 2–4 Kilometern Tiefe, ihr Volumen betrug 0,31 Kubikkilometer.
  • Intrusion aktivierte regionale Störungszonen und verursachte die Erdbebenkrise.
  • Höhepunkt der Seismizität zwischen Januar und März mit mehr als 28.000 Erdbeben, die teils mittels KI-Auswertung analysiert wurden.
  • Das Ereignis betraf die magmatischen Systeme von Santorin und Kolumbos, die miteinander gekoppelt sind, so dass Magma zwischen ihnen ausgetauscht werden kann.

 

Blick auf Nea Kameni

Die Inseln des Santorin-Archipels markieren den Rand einer Caldera, die ihre heutige Form vor rund 3.600 Jahren durch die gewaltige Minoische Eruption erhielt. Zwei kleinere Inseln innerhalb der Caldera sind die Gipfel jüngerer Vulkankegel. In unmittelbarer Nähe von Santorin befindet sich der aktive Unterwasservulkan Kolumbos. Die Vulkane der Ägäis gehören zum Hellenischen Vulkanbogen, der seine Existenz der Kollision von Afrika mit Europa verdankt. Die Region ist von mehreren Bruchzonen durchzogen, die im Zusammenhang mit der Plattenkollision stehen. Historisch kam es auf Santorini mehrfach zu Vulkanausbrüchen, zuletzt 1950. 1956 ereigneten sich in der südlichen Ägäis zwei schwere Erdbeben, die einen Tsunami auslösten.

Das seismische Netzwerk der Region registrierte während der Erdbebenkrise Anfang 2025 Zehntausende Erschütterungen. Die stärksten hatten Magnituden über 5,0. Viele der Beben waren in und um Santorin deutlich zu spüren gewesen und verursachten Steinschläge und Risse in Hauswänden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geowissenschaften und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben gemeinsam mit Forschenden aus Griechenland und anderen Ländern eine umfassende geologische Analyse dieser seismischen Krise durchgeführt. Die Ergebnisse erschienen heute in der Fachzeitschrift „Nature“.




Für die Untersuchung wurden seismische Daten aus einem dichten Netzwerk von Erdbebenstationen mit Deformationsmessungen von Ozeanbodeninstrumenten und satellitengestützten Systemen kombiniert, die am Unterwasservulkan Kolumbo installiert waren, der sich nur sieben Kilometer von Santorin entfernt befindet. Zusätzlich kam eine neu entwickelte KI-basierte Methode zur Lokalisierung von Beben zum Einsatz, die große Datenmengen automatisch auswertet und die Positionen der Herdzonen mit hoher Genauigkeit bestimmt. Mithilfe der KI konnten aus den Seismogrammen über 28.000 Erschütterungen identifiziert werden.

Die neuen Analysen der Studie zeigen, dass es zur Bildung eines magmatischen Gangs mit einem Volumen von rund 300 Millionen Kubikmetern kam, der aus einem mitteltiefen Reservoir unter Kolumbo aufgestiegen ist und etwa vier Kilometer unter dem Meeresboden stoppte. Auf seinem Weg durch die Kruste aktivierte das Magma regionale Störungszonen und erzeugte Tausende von Erdbeben sowie Tremorphasen, die die Region in Atem hielten.

Um die Dimension der Intrusion zu veranschaulichen: Bei den aktuellen Ausbrüchen auf Island werden im Durchschnitt 30 Millionen Kubikmeter Lava gefördert, wobei das größte Lavafeld ein Volumen von über 60 Millionen Kubikmetern erreichte. Bei der Cumbre-Vieja-Eruption auf La Palma im Jahr 2021 traten 200 bis 300 Millionen Kubikmeter Lava aus – in etwa die Menge, die sich nun unter dem Meeresboden nordöstlich von Santorin und Kolumbo befindet und auf ihre Eruption wartet.

Tatsächlich begann die seismische Krise bereits im Juli 2024, als Magma in ein flaches Reservoir unter Santorin aufstieg. Zunächst führte dies nur zu minimalen Hebungen der Insel um wenige Zentimeter. Ab Januar 2025 verstärkte sich die Erdbebenaktivität. Ende Januar begann der Aufstieg von Magma aus größerer Tiefe. Die Herdbewegungen der Beben verlagerten sich über eine Strecke von mehr als zehn Kilometern nordöstlich der Insel und erfolgten in mehreren Pulsen, wobei sie von 18 Kilometern Tiefe bis auf drei Kilometer unter dem Meeresboden aufsteigen. Durch die Kombination von seismischen Daten, GPS-Bodenstationen, Satelliten-Radarinterferometrie und Meeresbodeninstrumenten konnte die Bewegung des Magmas mit bisher unerreichter Detailgenauigkeit modelliert werden.

Die Analyse zeigt zudem eine zuvor unbekannte hydraulische Verbindung zwischen Santorin und Kolumbos. Die Absenkung der Insel während des Magmaaufstiegs deutet darauf hin, dass die beiden Vulkane im Untergrund miteinander interagieren. Diese Erkenntnisse sind für die Überwachung der Vulkane und die Gefahrenabschätzung in der Region von großer Bedeutung. Die Überwachung der Region wird im Rahmen des MULTI-MAREX Programms, an dem auch das GFZ beteiligt ist, fortgeführt.

Die Ergebnisse der aktuellen Studie liefern erstmals ein vollständiges Bild der Dynamik unter Santorin und Kolumbos. Sie zeigen, wie der Aufstieg von Magma tief im Untergrund zu massiver seismischer Aktivität führen kann und verdeutlichen die Bedeutung kontinuierlicher Überwachung in dieser geologisch hochexponierten Region.

(Quellen: nature.com: Isken, M.P., Karstens, J., Nomikou, P. et al. Volcanic crisis reveals coupled magma system at Santorini and Kolumbo. Nature 645, 939–945 (2025). Lizenz der CC. Pressemeldung GFZ)

Laacher-See-Vulkan: Forscher spürten Magmakammer auf

von
Laacher See Vulkan in der Osteifel. © Marc Szeglat

Neues 3D-Bild des Eifel-Magmasystems: Forscher kartieren das Reservoir unter dem Laacher-See-Vulkan und wiesen Schmelze nach

Obwohl in der Eifel seit mehr als 11.000 Jahren kein Vulkan mehr ausgebrochen ist, gilt die Region in Rheinland-Pfalz als schlafendes, aber nicht erloschenes Vulkangebiet. Die letzte Eruption des Laacher-See-Vulkans manifestierte sich sogar vor mehr als 13.000 Jahren. Dennoch legen Mofetten am Ufer des Sees nahe, dass es einen aktiven Magmenkörper unter dem Maar gibt, das eigentlich eine Caldera ist. Eine neue Studie deutscher Geowissenschaftler wirft nun einen bislang einzigartigen Blick in die Tiefe: Mit Hilfe der seismischen Tomografie konnte das Magmareservoir unter dem Laacher See hochauflösend visualisiert werden – und es wurde bestätigt, dass sich unter der Ost-Eifel weiterhin Magma ansammelt.

Das Forscherteam um Hao Zhang vom Deutschen Geo-Forschungs-Zentrum (GFZ) in Potsdam nutzte dafür ein beispielloses Messnetz: Zwischen September 2022 und August 2023 wurden mehr als 490 seismische Stationen in der Eifel betrieben. Dieses sogenannte Large-N-Experiment erfasste die Wellen von lokalen Erdbeben, die anschließend mithilfe der Tomographie in ein dreidimensionales Modell der oberen Erdkruste umgerechnet wurden.

Die Ergebnisse sind spektakulär: Unter dem Laacher See, Schauplatz einer gewaltigen Plinianischen Eruption vor nur 13.000 Jahren, fanden die Forscher eine zylindrische Anomalie in 2 bis 10 Kilometern Tiefe. Diese Zone weist eine ungewöhnliche Kombination aus niedriger P-Wellen-Geschwindigkeit und hohem VP/VS-Verhältnis auf, was ein typisches Signal für teilweise aufgeschmolzene Zonen in einem Magmenkörper darstellt. Das Volumen dieser Struktur wird auf rund 75 Kubikkilometer geschätzt. Die Anomalie ist um 40 Grad nach Südosten geneigt und schneidet in etwa zehn Kilometern Tiefe die Siegener Hauptüberschiebung, eine der wichtigsten geologischen Störungen der Region.

Besonders interessant ist, dass eine Konzentration von Mikrobeben an den Rändern dieser Zone festgestellt wurde, was auf hohen Fluiddruck oder erhöhte Temperaturen hindeutet. „Wir sehen damit erstmals, wo die aktiven Zonen liegen und wo Spannungen abgebaut werden“, erklärt Studienleiter Zhang.

Die Forscher konnten außerdem einen Zusammenhang zu tieferliegenden Prozessen herstellen. Unterhalb des Reservoirs verläuft ein seismisch aktiver „Kanal“ in der unteren Kruste, in dem seit 2013 immer wieder tieffrequente vulkanische Erdbeben registriert werden – ein Hinweis darauf, dass Magma und Fluide aus dem oberen Mantel aufsteigen.

Auch wenn ein Vulkanausbruch nicht unmittelbar bevorsteht, betonen die Autoren die Bedeutung ihrer Ergebnisse für die Gefahreneinschätzung. „Das Magmareservoir unter dem Laacher See ist noch da, und es wird offenbar immer wieder mit Material aus der Tiefe versorgt“, sagt Co-Autor Torsten Dahm. Damit wird klar: Das Eruptionsrisiko in der Osteifel ist höher als bislang vielfach vermutet.

Neben dem Laacher See wurden auch kleinere Anomalien unter anderen Vulkanen wie Rieden und Korretsberg identifiziert. Letzterer liegt wenige Kilometer südöstlich des Laacher-See-Vulkans und war in den letzten Monaten öfter Austragungsort von Mikrobeben. Damit liefert die Studie nicht nur neue Einblicke in die vulkanische Vergangenheit der Eifel, sondern auch in ihre mögliche Zukunft. (Quelle: Preprint-Studie-AGU)

Seismologie: Erdbeben erzeugen extreme Hitze

von

Heiße Erkenntnisse: Wie Erdbeben Energie in Schmelze umwandeln können

Ein Team von Geophysikern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat erstmals den vollständigen Energiehaushalt von Erdbeben in Laborversuchen nachvollziehen können. Mit Hilfe von künstlich erzeugten Mikroerdbeben im Labor ist es gelungen, zu zeigen, was mit dem Großteil der bei einem Erdbeben freigesetzten Energie geschieht, denn nur ein vergleichsweise geringer Prozentsatz der Erdbebenenergie wird in die gefürchteten Erdbebenwellen umgewandelt, die katastrophale Folgen haben können. Die Experimente zeigen, dass ein Erdbeben weit mehr verursacht als nur ein spürbares Rütteln des Bodens: Der überwiegende Teil der freigesetzten Energie wird in Wärme umgesetzt.

Für ihre Studie simulierte das Team Erdbeben im Mikromaßstab, indem es synthetische Granitproben unter kontrollierten Druckbedingungen bis zum plötzlichen Versagen belastete. Die Messungen ergaben, dass rund 80 Prozent der Energie in Wärme übergehen, etwa zehn Prozent seismische Erschütterungen erzeugen und weniger als ein Prozent für die Zerkleinerung von Gestein aufgewendet wird. Diese Angaben sind gerundet, denn die Forscher gaben in ihrer Studie vergleichsweise große Schwankungsräume an.

Die Umwandlung der Energie in Wärme erzeugt dabei enorme Temperaturspitzen: Innerhalb von Mikrosekunden kann sich das Gestein auf bis zu 1.200 Grad Celsius erhitzen, bevor es ebenso schnell wieder abkühlt.

Diese extremen Bedingungen führen dazu, dass an den Gleitflächen der Gesteinsbruchzonen bzw. Störungen dünne Schmelzfilme entstehen – ein Phänomen, das auch in der Natur beobachtet wird. Geologen bezeichnen solche glasartigen Strukturen als Pseudotachylite. Sie bilden sich häufig entlang von Scherzonen, insbesondere in Subduktionszonen, wo sich Spannungen über lange Zeiträume aufbauen und schließlich ruckartig entladen. Solche Schmelzfilme können das weitere Verhalten einer Verwerfung beeinflussen, indem sie kurzfristig wie Schmiermittel wirken und das Abrutschen erleichtern. Das verursacht eine Art Rückkopplungseffekt, denn dadurch wird ein größerer Teil der Erdbebenenergie in seismische Wellen verwandelt, was größere Schadenswirkungen mit sich bringt.

Die neuen Erkenntnisse haben weitreichende Bedeutung für die Einschätzung seismischer Gefahren. Bislang ließ sich nur der Anteil der Erdbebenenergie messen, der in Form von Bodenerschütterungen an der Oberfläche ankommt. Wärmeproduktion und unterirdische Gesteinsbrüche blieben größtenteils verborgen. Das MIT-Team zeigt nun, dass der Wärmeeintrag nicht vernachlässigt werden darf und möglicherweise auch auf die langfristige Stabilität von Verwerfungen wirkt.

Darüber hinaus werfen die Ergebnisse spannende Fragen für die Magmenentstehung auf. Zwar ist die Energiemenge eines einzelnen Bebens zu gering, um große Schmelzvolumina zu erzeugen, doch wiederholte Erdbeben könnten möglicherweise lokal genug Wärme eintragen, um bereits teilweise aufgeschmolzenes Gestein weiter zu verflüssigen. Auf diese Weise könnte der Prozess indirekt die Migration von Magma begünstigen – insbesondere in geodynamisch aktiven Regionen, wie wir es aktuelle in Kamtschatka sehen.

Die Forschenden hoffen, dass ihre Laborversuche helfen, Erdbebenmodelle zu verbessern und das Risiko künftiger Ereignisse präziser abzuschätzen. Denn je besser bekannt ist, wohin die Energie eines Bebens fließt, desto genauer lässt sich auch seine zerstörerische Wirkung einschätzen. (Quellen: AGU, Pressemeldung MIT)

Campi Flegrei: Studie zur Erhitzung des Grundwasserleiters

von

Neue Studie zur Erhitzung des Grundwasserleiters der Campi Flegrei – Magmatisch bedingt

Heute wurde vom INGV mitgeteilt, dass eine neue Studie veröffentlicht wurde, die im Rahmen einer Kooperation des INGV mit dem Institut für Geowissenschaften und Georessourcen des Nationalen Forschungsrats in Pisa und der Firma Steam srl, die auf geothermische Anlagen spezialisiert ist, entstanden ist. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Solid Earth veröffentlicht und beschäftigt sich mit den magmatischen Gasen der Fumarolen im Bereich der Solfatara und Pisciarelli.

Pisciarell-Fumarole und Schlammtopf

Mit Hilfe von Gasanalysen und anderen geowissenschaftlichen Daten gelang es, ein Modell des magmatisch-hydrothermalen Systems der Solfatara zu entwickeln und einen Erklärungsansatz, warum sich das Wasser eines Grundwasserleiters in 2,7 bis 4,0 Kilometern Tiefe erhitzt, was letztendlich zum Druckaufbau des Systems führt.

Die Forscher analysierten Daten von 4 Jahrzehnten, die mithilfe speziell entwickelter Geothermometer und Geobarometer erfasst wurden. Mit den Instrumenten wurden Temperatur und Druck von drei Grundwasserleitern in unterschiedlichen Tiefen der Phlegräischen Felder gemessen. Die dabei gewonnenen Daten wurden mit geowissenschaftlichen Informationen aus Oberflächenuntersuchungen und geothermischen Explorationsbohrungen aus den 1970er- und 1980er-Jahren verglichen, die bis in Tiefen von rund drei Kilometern reichten.

Die Ergebnisse bestätigen, dass die Erwärmung und Druckzunahme im Grundwasserleiter die direkte Ursache der aktuellen Bodenhebung sind. Diese Prozesse werden durch die magmatische Entgasung gesteuert, was bereits durch Schwankungen der Schwefelisotope in den fumarolischen Fluiden der Solfatara nachgewiesen wurde. Einen Nachweis von Magma in Tiefen oberhalb von 4 Kilometern erbrachte auch diese Studie nicht. Dennoch ist klar, dass es in größerer Tiefe eine Magmenakkumulation gibt.

Bei steigendem Druck im Grundwasserleiter besteht das Risiko hydrothermaler oder phreatischer Explosionen, wie wir sie im Juli 2024 im Biscuit-Basin des Yellowstone-Nationalparks sahen. Diese könnten durch die Verdampfung von Wasser und die plötzliche Ausdehnung des Dampfes ausgelöst werden und zum Aufbrechen des überlagernden Gesteins führen. Solche phreatischen Eruptionen entstehen, ohne dass es zu einem direkten Kontakt von Magma mit Grundwasser kommt. Es reicht eine starke Hitzequelle in der Tiefe, die das Gestein überhitzt und Wasser explosionsartig ausdehnen lässt, wenn es mit diesen heißen Gesteinen in Verbindung kommt.

Laut der Gefahreneinschätzung der Studienautoren könnte eine hydrothermale Explosion die Bildung heißer Schlammströme und Geröllmassen verursachen, die sich rasch ausbreiten und entlang der Geländevertiefungen bis zur Küste vordringen – ein Szenario, das in der Vergangenheit bereits dokumentiert wurde. Voraussetzung ist das Überschreiten der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Deckgesteine, deren Festigkeit durch die zunehmende seismische Aktivität in der Region weiter abnimmt.

Die Autoren betonen, dass es sehr schwierig ist phreatische Eruptionen oder hydrothermale Explosionen vorherzusagen. Die Gefahr wächst, je länger die aktuelle Krise anhält. (Quelle: cnr.it)

Erdkern drehte scheinbar seine Rotationsrichtung um

von

Der innere Erdkern verändert seine Rotationsrichtung – ein Rätsel in 5000 Kilometern Tiefe

In den letzten Tagen berichteten verschiedene Internetmedien vermehrt, dass der innere Erdkern seine Rotationsgeschwindigkeit und Richtung geändert habe. Mehrere Leserinnen und Leser fragten mich daraufhin nach möglichen Auswirkungen auf die Erde. Vorweggenommen: Falls es Effekte gibt, dürften sie sehr gering sein.

Grundlage der Berichte ist eine Forschungsarbeit eines internationalen Teams unter Leitung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, an der auch die University of Southern California beteiligt war. Laut der Studie, die 2024 bei nature.com erschien, hat der feste innere Kern aus Eisen und Nickel nicht nur seine Rotationsgeschwindigkeit verändert, sondern scheint sich aus Sicht der Erdoberfläche seit etwa 2008 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

Direkt beobachten lässt sich der fast mondgroße Kern nicht, da er mehr als 5000 Kilometer unter Mantel und äußerem Kern liegt. Hinweise liefert die Seismologie: Erdbebenwellen durchdringen das Erdinnere und geben Aufschluss über dessen Struktur und Dynamik. Besonders aussagekräftig sind PKIKP-Wellen, die an der Grenze zwischen äußerem und innerem Kern reflektiert werden. Werden wiederkehrende Erdbeben, sogenannte „Repeater“, miteinander verglichen, lassen sich selbst kleinste Veränderungen erkennen.

Für ihre Analyse untersuchten die Forschenden 121 solcher Ereignisse zwischen 1991 und 2023 in der Region der South Sandwich Islands. Messstationen in Alaska und Kanada zeigten ein klares Muster: Zwischen 2003 und 2008 rotierte der Kern schneller als die Erdkruste („Superrotation“). Danach verlangsamte er sich deutlich und drehte sich aus unserer Sicht rückwärts („Subrotation“). Wichtig ist: Der Kern hat seine Rotationsrichtung nicht tatsächlich geändert; die scheinbare Umkehr entsteht, weil sich der innere Erdkern nun langsamer als die Erdkruste dreht. Die Forscher vermuten, dass solche Richtungswechsel Teil eines 60- bis 70-jährigen Zyklus sind. Eine neue Erkenntnis ist, dass die Subrotation langsamer verläuft als die Superrotation, was bisherige Modelle gleichmäßiger Pendelbewegungen infrage. Vielmehr deutet alles auf ein komplexes Zusammenspiel von Mantel, äußerem und innerem Kern hin, bei dem auch das Magnetfeld eine Rolle spielt.

Als mögliche Auswirkungen der Erdkernverlangsamung werden Einflüsse auf das Magnetfeld und minimale Änderungen der Tageslänge diskutiert. Außerdem könnte es langfristig betrachtet Auswirkungen auf Vulkanismus und Erdbeben geben.

Ich persönlich halte die möglichen Effekte für sehr gering. Die Geschwindigkeitsunterschiede der Erdkernrotation sind minimal und liegen in der Größenordnung von Bruchteilen eines Millimeters pro Sekunde. Zum Vergleich: Ein Punkt auf der Erdoberfläche am Äquator bewegt sich infolge der Erdrotation mit 463 000 mm/s, was 463 m/s bzw. 1667 km/h (Überschallgeschwindigkeit) entspricht. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Kern und Erdkruste liegt zwischen 0,02 und 0,07 mm/s (je nach Phase der Rotation). Damit rotiert der Erdkern ein Hundertmillionstel langsamer als die Erdoberfläche. Die minimalen Laufzeitunterschiede sind vor allem vom akademischen Interesse und dürften keine umwälzenden Veränderungen auf unsere Lebenswelt ausüben.

(Quelle der Studie: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07536-4)