Mantelplume unter Yellowstone größer als gedacht

Der ohnehin gigantische Mantelplume unter dem Yellowstone-Vulkan ist vermutlich deutlich größer als gedacht. Das zeigen neue Untersuchungen die Michael Zhadanov und sein Team von der Universität in Salt Lake City durchgeführt haben. Dazu wandten sie eine neue Untersuchungsmethode an die Magnetotellurik genannt wird. Hierbei werden, ähnlich wie bei seismischen Messungen, Laufzeitunterschiede von Wellen benutzt, die sich in unterschiedlich dichtem Material verschieden schnell bewegen. Nur anstatt von Erdbebenwellen, werden bei der Magnetotellurik ultraniedrigfrequente Elektromagnetische Wellen beobachtet, die in der Ionosphäre entstehen und bis in den Erdmantel eindringen.

Bisher wurde angenommen, dass sich der Mantelplume unter dem Yellowstone ca. 241 km in westnordwestlicher Richtung ausbreitet und dabei mit einem Winkel von ca. 60 Grad ins Erdinnere abtaucht. Die neuen Untersuchungen haben eine Ausdehnung von 643 km ergeben und einen seichteren Abtauchwinkel von ca. 40 Grad. Der Plume soll dabei die Form eines Tornados haben. Das sich verjüngende Ende konnte bis in einer Tiefe von ca. 660 km verfolgt werden. Möglicherweise reicht er noch tiefer in den Erdmantel hinab, aber die Elektromagnetischen Wellen können nur bis in diese Tiefe vorringen.

Ein weiteres Forschungsergebnis von Zhadanov ist die Beobachtung, dass sich um den eigentlichen Mantelplume Zonen befinden, die mit Schmelze und Salzwasser (bzw. Fluide) gefüllt sein sollen, während das Gestein im eigentlichen Mantelplume zwar heiß, aber nicht geschmolzen ist. Dass Wasser den Schmelzpunkt von Gestein herabsetzt und es dadurch zum partiellen Schmelzen kommen kann, ist in der Vulkanologie schon lange bekannt und experimentell  nachgewiesen. Partielles Schmelzen wird als einer der Hauptgründe genannt, warum Magma auch in Zonen (Grenzbereich Erdkruste – Erdmantel) entstehen kann, in denen es aufgrund zu niedriger Temperaturen eigentlich nicht zur Entstehung von Schmelzen kommen sollte. Die Frage stellt sich, woher das Salzwasser kommt? Normaler Weise ist das ein Phänomen entlang von Subduktionszonen, an denen Ozeanische Kruste in den Erdmantel abtaucht und dabei wasserhaltige Sedimente mit in die Tiefe des Erdmantels schleppt. Wie bereits in einem meiner letzten Artikel über den Yellowstone-Mantelplume beschrieben, schneidet die Subduktionszone vor der Westküste der USA den Yellowstone-Mantelplume und interagiert mit diesem. Möglicherweise stammt das Salzwasser von dieser Quelle. Theoretisch kann es sich aber auch im Erdmantel gebildet haben und aus der Schmelze stammen. Wasser kann entweder direkt als H2O Molekül, oder als OH-Gruppe in den Kristallgittern der Mineralien eingebaut sein und durch Schmelzprozesse freigesetzt werden. Entgegen vieler älterer Lehrbücher geht man heute davon aus, dass die silikatische Gesteine des Erdmantels aufgrund der hohen Druckbedingungen im Erdmantel nicht geschmolzen sind, sondern sich plastisch wie Knetgummi verhalten und nur unter bestimmten Bedingungen schmelzen.

Einen Mantelplume kann man sich in etwa wie ein Schlauch vorstellen, aus dem Magma aus dem Erdmantel aufsteigt und bis in die Erdkruste eindringt. Am Ende des Mantelplumes sitzt eine Magmakammer auf, die den Yellowstone Vulkane mit Schmelze versorgt.

Europäische Flugsicherung probt einen Vulkanausbruch

Nach dem Chaos im Flugverkehr, das vor einem Jahr durch den Ausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull ausgelöst wurde, probt die europäische Flugsicherung nun den Ernstfall: ein Szenario lässt den Grimsvötn-Vulkan ausbrechen, der ebenfalls unter einem isländischen Gletscher liegt. Die Experten simulieren eine Aschewolke die über den Nordatlantik Richtung Europa zieht. Ziel der Simulation ist es, zu testen, ob die neuen Krisenpläne funktionieren, die nach dem Aschewolken-Desaster im letzten Frühjahr aufgestellt wurden. Damals wurde der Luftraum über Europa tagelang gesperrt. Viele Reisende saßen lange Zeit auf Flughäfen fest, der wirtschaftliche Schaden für die Fluggesellschaften war enorm.

Die Simulation wird von der ICAO durchgeführt. Teilnehmer sind Eurocontrol, die Europäische Flugsicherheitsagentur und das Vulkanasche-Beratungscenter in London, sowie 70 Fluggesellschaften.Was nach wie vor nicht geklärt zu sein scheint, ist, inwiefern Vulkanasche tatsächlich Schäden an Flugzeugmotoren hervorrufen. Grenzwerte für die Aschekonzentration in der Luft gibt es nach wie vor nicht.Das Szenario zumindest beruht auf eine reale Annahme. Einige Wissenschaftler sagen, dass ein Ausbruch des Grimsvötn-Vulkans bereits überfällig sei. Die letzten Ausbrüche ereigneten sich an diesem Vulkan 1996 und 2004. Damals zogen Aschewolken Richtung Skandinavien, erreichten aber bei weitem nicht die Dimensionen der Eyjafjallajökull-Eruption im Jahr 2010. Anfang 2011 gab es am Grimsvötn bereits zahlreiche Erdbeben, die auf ein Magmenaufstieg hindeuteten.

Weiterhin ungelöst scheint die Frage nach dem Krisenmanagement des Katastrophenschutzes in Deutschland zu sein, sollte es tatsächlich in Mitteleuropa zu einem Vulkanausbruch kommen. Ich habe schon mehrfach erlebt, wie selbst geringe Mengen Ascheniederschlag das öffentliche Leben lahmlegen können. Der Sandsturm, der letzte Woche für eine Massenkarambolage auf der A19 führte, verdeutlicht die Auswirkungen solch eines Szenarios. In Deutschland könnten die Eifelvulkane ausbrechen, im Cheb-Becken an der Grenze zur Tschechei gibt es deutliche Anzeichen magmatischer Aktivität im Untergrund. Die Vulkane der Auvergne sind ebenso potenzielle Kandidaten für eine Eruption, wie die Vulkane der Toscana. Bei Neapel schlummert nicht nur der Vesuv einen unruhigen Schlaf, sondern auch die Campi Flegrei. Dieses Vulkanfeld bildete sich in einer Caldera, die im Verdacht steht für eine Eruption mit einem VEI 7 verantwortlich zu sein. Ein Vulkanausbruch dieser Größenordnung würde nicht nur den Flugverkehr ins Chaos stürzen. Die Folgen wären eine globale Katastrophe im Kernland Europas.

Tickt unter dem Yellowstone eine vulkanische Zeitbombe?

Tickt unter dem Yellowstone eine vulkanische Zeitbombe?

Jüngste Medienberichte schüren Panik, dass unter der Yellowstone-Caldera eine vulkanische Zeitbombe ticken würde. Grund für die neuerliche Hysterie sind ein Artikel in National Geografic und ein Interview auf CNN mit dem Physiker Michio Kaku. In dem Artikel heißt es, dass sich der Boden der Caldera seit dem Jahr 2004 teilweise um 25 cm angehoben hätte. Dass entspricht eine jährliche Hebungsrate von ca. 7 cm. Tatsächlich ist der Trend seit 2007 stark rückläufig. In den letzten 3 Jahren hob sich der Boden nur noch um 1 cm pro Jahr.

Michio Kaku sprach in seinem Interview von einem kurz bevorstehenden Vulkanausbruch, der die halbe USA verwüsten würde.

Fakt ist, das sich der Boden tatsächlich angehoben hat, das die Magmakammer, die für diese Anhebung verantwortlich ist, aber in 10 km Tiefe liegt. Seriöse Geowissenschaftler geben somit vorerst Entwarnung und halten einen baldigen Ausbruch des Yellowstone-Vulkans für unwahrscheinlich. Erst wenn das Magma auf einer Tiefe von 2 – 3 km angestiegen sei, würde eine unmittelbare Gefahr bestehen.

An vielen Vulkanen und Calderen kommt es zur Magmen-Intrusion im Untergrund, ohne das tatsächlich ein Vulkanausbruch stattfindet. Beispiele hierfür sind das Cheb Becken in Böhmen und die Long Valley Caldera in den USA. Dort ereignete sich im Mai 1980 ein initialer Erdbebenschwarm und eine Anhebung (uplift) des Calderabodens um ebenfalls 25 cm begann. Zeitgleich erhöhte sich die Temperatur in hydrothermalen Quellen. Seitdem ereigneten sich mehrere uplift-Zyklen, ohne das es zu einem Ausbruch gekommen wäre. Die letzte Eruption ereignete sich in der Long Valley Caldera vor 250 Jahren. Damals kam es auch nicht zu einem katastrophalen Ausbruch, sondern zu einem vergleichsweise schwachen Ereignis.

Auch im Yellowstone Park gab es seit der letzten Supervulkan-Eruption vor 640.000 Jahren weitere Vulkanausbrüche während des Pleistozäns. Diese spielten sich aber innerhalb der Caldera statt. So wurden im Zeitraum zwischen 140.000 und 70.000 Jahren große Mengen rhyolihtischer Lavaströme gefördert. Im Holozän gab es phreatomagmatische Explosionen. Es ist also nicht gesagt, dass eine Eruption im Yellowstone Nationalpark katastrophale Folgen haben muss, sofern es dann überhaupt in mittelbarer Zeit zu einem Ausbruch kommen sollte.

Vulkanische Blitze und Gewitter

Vulkanische Gewitter entstehen besonders in den Eruptionswolken vulcanischer und plinianischer Vulkanausbrüchen. Vereinzelt treten Blitze aber auch bei kleineren Eruptionen auf.  Bei verschiedenen Gelegenheiten auf Anak Krakatau, am Ätna, Sinabung und Sakura-jima konnte ich schon vulkanische Blitze beobachten. Sie bildeten sich in den Aschewolken strombolianischer Eruptionen. Die Blitze entstanden meistens zwischen 5 und 10 Sekunden nach der Explosion.

Bei diesen vulkanischen Gewittern stören die neuen Oberflächen der fragmentierten Lava das elektrostatische Gleichgewicht. Neben der Anzahl der Partikel scheint die Anfangsgeschwindigkeit der aufsteigenden Tephra entscheidend für die Bildung von vulkanischen Blitzen zu sein. Zumindest bei den strombolianischen Eruptionen traten die Blitze vornehmlich auf, wenn die Eruptionswolke ungewöhnlich schnell aufstieg, der Gasdruck der Explosion also besonders hoch war.

Tagsüber sind elektrischen Entladungen in einer Eruptionswolke kaum zu sehen, wohl aber zu hören! An Gewittergrollen kann ich mich nur schwach erinnern, was in meinem Gedächtnis haften geblieben ist, ist das knisternde Geräusch statischer Elektrizität, das einem die Nackenhaare aufstellt.

Indes sind wissenschaftliche Untersuchungen dieses Naturphänomens recht selten, denn auch bei großen Eruptionen treten Blitze nicht zwangsläufig auf. So scheint es auch auf die atmosphärischen Bedingungen anzukommen, ob vulkanische Gewitter entstehen, oder nicht. Ronald Thomas vom NMT in Socorro ging dieser Frage im Januar 2006  am Mount St. Augustine in Alaska nach und installierte in 100 km Entfernung zum Vulkan zwei Messgeräte. Diese zeichneten die Richtung der Radiowellen-Emissionen auf, die bei elektrischen Entladungen entstehen. Am 28 Januar brach der Augustine aus und produzierte 4 größere Eruptionen, von denen Aschewolken, mehrere Kilometer hoch aufstiegen. Die Detektoren registrierten gleich in der ersten Eruptionswolke zwei Phasen elektrischer Entladungen. Als erstes wurden zu Beginn der Eruption direkt über dem Krater unzählige Mikroentladungen registriert, die in einigen sehr energiereichen Blitzen gipfelten. Daraus folgerten die Forscher, dass die heiße Tephra bereits im Förderschlot eine starke positive Ladung aufwies.

Während einer zweiten Blitzphase, die ca. 3 Minuten nach der ersten Explosion begann, registrierte Thomas über 300 Blitze, die von der Eruptionswolke ausgingen. Der längste Blitz war dabei 15 km lang. Dieses vulkanische Gewitter ähnelte einem Konventionellen. Neben der elektrischen Restladung der Tephra aus dem Initialstadium der Eruption, bauten sich in der Aschewolke elektrische Ladungen durch den Zusammenstoß der Aschepartikel auf. Ähnliches geschieht bei normalen Gewittern in Wolken, wenn Eiskristalle aufeinander treffen.

Zusätzlich registrierten die Messgeräte einen ca. 4 km langen Blitz, der vom Gipfel des Vulkans senkrecht in den Himmel schoss, um dann horizontal in die abdriftende Aschewolke  abzuknicken. Das lässt die Schlussfolgerung zu, dass sich am Gipfel selbst negativ Ladungen aufbauten, die sich hin zu einer positiv geladenen Aschewolke entluden.

Vulkanische Blitze spielen auch eine Rolle bei einer Theorie zur Entstehung des Lebens auf der Erde. Die Prozesse, bei denen aus anorganischer Materie organische Moleküle entstehen, wurden mittlerweile zum Teil in Laborversuchen nachempfunden. Bereits 1953 wiesen die Chemiker Miller und Urey in ihrem „Ursuppen-Experiment“ nach, dass aus Ammoniak, Wasserstoff und Methan Aminosäuren und Fettsäuren entstehen, wenn ihnen Energie in Form von Blitzen zugeführt wird. Das funktioniert aber nur unter dem Einfluss eines reduzierenden Milieus, also einer Atmosphäre – ohne freien Sauerstoff. Allerdings zerfallen die empfindlichen Bausteine des Lebens unter solchen Bedingungen schnell. Damit sie stabil bleiben, ist eines notwendig: Wasser.

Bedingungen, wie sie zur Entstehung von Leben notwendig sind, gab es nur in der Nähe urzeitlicher Vulkane. Dort konzentrierten sich nicht nur die erforderlichen anorganischen Verbindungen, sondern es herrschte auch das notwendige reduzierende Milieu vor. Zudem spien die Vulkane Wasser in Form von Wasserdampf aus, der schnell an feinen Partikeln kondensierte. Unter Energiezufuhr in Form von Blitzen, die häufig mit Vulkanausbrüchen einhergehen, entstehen unter diesen Bedingungen tatsächlich stabile organische Moleküle.

Fantastische Fotos eines vulkanischen Gewitters am Eyjafjallajökull stammen von Thorsten Böckel. Er hat sie bei den Geonauten gepostet.

Was Geschah im Jahre 535 n.Chr.?

Im 6. nachchristlichen Jahrhundert erlebten die Weltkulturen dramatische Umwälzungen. Das römische Reich wurde zerschlagen. Eine erste Pestepidemie suchte den vorderen Orient und Europa heim und entvölkerte ganze Landstriche. Eine Völkerwanderung begann, in dessen Folge das Reitervolk der Awaren über Europa herfiel und eine 200 Jahre dauernde Herrschaft übernahm. Der Islam wurde geboren. China wurde von einer Serie besonders harter Winter und Schneefall im August heimgesucht, in dessen Folge sich die zahlreichen kleinen Staaten zum heutigen China vereinten. In Mittel- und Südamerika herrschte hingegen eine mehrere Jahre anhaltende Dürre und viele Mayastädte wurden verlassen. Die Reiche der Antike verschwanden und das finstere Mittelalter begann.

Alle Indizien zusammengenommen deutet vieles auf eine globale Klimakatastrophe hin, die ihren Ursprung in den 30iger Jahren des 6. Jahrhunderts fand. Als Auslöser dieser Klimakatastrophe wurde lange Zeit die Theorie um den Einschlag eines Meteoriten favorisiert. Weiterhin standen eine unterseeische Methangas-Eruption und ein gigantischer Vulkanausbruch in Verdacht, die Katastrophe ausgelöst zu haben. Jahrzehnte der wissenschaftlichen Forschung lieferten keine Beweise für die Theorie um einen Meteoriteneinschlag, oder einer Methangas-Eruption. In den letzten Jahren verdichteten sich aber die Anzeichen, dass ein Vulkanausbruch Auslöser der globalen Klimakatastrophe gewesen sein könnte.

Der Wissenschaftsautor David Keys recherchierte diese hinweise in detektivischer Akribie und fasste die Ergebnisse in seinem Buch „Als die Sonne erlosch“ zusammen.

Erste Spuren fanden sich wieder in Eisbohrkernen aus Grönland, die bereits 1978 von einem internationalen Forscherteam untersucht wurden. In zwei Eisschichten, die zwischen den Jahren 527 und 534 abgelagert wurden, entdeckten die Wissenschaftler Schwefelsäure vulkanischen Ursprungs. Demnach gab es in dieser Periode 2 große Vulkanausbrüche, deren schwefelsäurehaltigen Aerosole in der Polregion der Nordhalbkugel abschneiten. Diese Entdeckung wurde einige Jahre später durch Eisproben aus der Antarktis bestätigt. Das Klimaarchiv dieser Eisproben belegte eine 4-jährige Phase mit schwefelsauren Niederschlägen in einem Zeitraum zwischen den Jahren 490 und 540 n. Christus. Sollten die Schwefelsäuresignaturen tatsächlich von ein, und dem Selben Vulkanausbruch stammen, muss sich der Verursacher in der Äquatorgegend befunden haben, denn nur dort treffen die Windsysteme der Nord- und Südhalbkugel aufeinander und waren so in der Lage die Schwefelsäure-Aerosole global zu verteilen.

Die Hinweise darauf, dass sich die Eruption im Jahre 535 ereignet haben müsste, verdichteten sich. Dendrochronologische Untersuchungen ergaben ein weltweit vermindertes Baumwachstum, das auf eine dramatische Klimaänderung hindeutete. Eine erste Kaltperiode wurde für die Jahre 533 und 534 verzeichnet. Ab 536 nahm die Wachstumsrate der Bäume in weiten Teilen der Erde dramatisch ab. 2 Jahre später nahm dieser Rückgang globale Maßstäbe an und dauerte 8 Jahre. In dieser Zeit gab es Missernten, Hungersnöte und die Ausbreitung der Pest erreichte neue Dimensionen. Zahlreiche Völker mussten zum überleben expandieren.

Geschichtsschreiber aus Griechenland, Italien und China erzählen in ihren Chroniken davon, dass sich die Sonne in den Jahren 535 und 536 für mehrere Monate verdunkelte. In China gab es seltsame Niederschläge, die darauf hindeuten, dass es vulkanische Asche regnete.

Der Vulkanologe Ken Wohletz vom Los Alamos National Laboratory entdeckte am Anfang dieses Jahrtausends Hinweise auf eine mögliche Eruption, die das Potential einer so drastischen Klimaänderung mit sich brachte. Tiefseesondierungen in der Sundastraße zwischen Sumatra und Java zeigten den Umriss einer gigantischen Caldera mit einem Durchmesser von 50 km. An ihrem Rand liegt der heutige Inselarchipel von Krakatau. Dieser Vulkan sorgte zuletzt 1883 für Schlagzeilen, als sich der größte Teil der Vulkaninsel in einer Eruption mit einem VEI 6 selbst sprengte. Ein Ereignis, dass die Welt bewegte und mehr als 36.400 Menschen das Leben kostete. Die Eruption hinterließ eine Caldera mit einem Durchmesser von 7 km. Um wie viel gigantischer muss ein Ausbruch gewesen sein, der einen 50 km durchmessenden Einsturzkrater hinterließ!? Ken Wohletz postulierte einen Protokrakatau, dessen Calderabildung im Endstadium einer plinianischen Eruption sogar erst die Sundastrasse zwischen Sumatra und Java geschaffen haben könnte. Dieser Ausbruch im Jahre 535 n.Chr. wäre um ein vielfaches stärker gewesen, als der Ausbruch des Tamboras, dessen weltweiten klimatischen Einflüsse 1816 zum Jahr ohne Sommer machten.

Die These um die Eruption des Protokrakatau wird in der Fachwelt kontrovers diskutiert. Der Autor dieses Buches befürwortet die These, dass der klimatische Umschwung im 6. Jahrhundert zumindest durch große Vulkanausbrüche mit verursacht wurde, hält es aber für wahrscheinlicher, dass sich die Auswirkungen mehrerer Eruptionen addierten. Ein Kandidat für eine plinianische Eruption mit anschließender Calderabildung ist der Rabaul auf Papua Neuguinea, der ebenfalls in dem beschriebenen Zeitraum eruptierte. Bei der These um die Eruption des Protokrakataus, wird ein Stadium in der Geschichte dieses faszinierenden Vulkans gerne übersehen. Zwischen der Eruption von 1883 und dem von Wohletz postulierten Ausbruch des Protokrakataus, muss es eine weitere Eruption gegeben haben; der klassische Krakatau bildete sich in einer Caldera mit einem Durchmesser von ca. 10 km, deren Reste die Inseln Lang Island und Verlaten Island darstellen. Eine so gewaltige Supervulkan- Eruption, dass eine 50 km durchmessende Caldera entstand, hätte sehr wahrscheinlich weitaus dramatischere Folgen gehabt, als sie im 6. Jahrhundert beschreiben wurden. Vermutlich bildete sich diese Caldera weitaus früher. Zwei zeitnahe Eruptionen mit einem VEI von 6 – 7 wären durchaus in der Lage, das globale Klima derart zu beeinflussen, dass es zu den beschriebenen Ereignissen gekommen sein könnte.

Nachtrag 2016: Als neuer Kandidat scheint der Ilopango in Sl Salvador in frage zu kommen.

Wohletz KH, 2000, Were the Dark Ages triggered by volcano-related climate changes in the 6th century? EOS Trans Amer Geophys Union 48(81), F1305

Geothermiekraftwerk löst Erdbeben aus

Bereits im August 2009 bebte die Erde bei Landau in Rheinland Pfalz. Nach dem leichten Erdbeben mit der Stärke 2.7 meldeten zahlreiche Hausbesitzer Schäden an ihren Häusern an. Ein Gutachten klärte nun, dass das Beben tatsächlich durch das nahe gelegene Erdwärmekraftwerk ausgelöst wurde, allerdings seien nur wenige der gut 1200 gemeldeten Schäden auf die leichten Erschütterungen zurück zuführen. Die Betreibergesellschaft des Geothermiekraftwerkes zahlte bisher “aus Kulanz” 10 Hausbesitzern geringe Entschädigungen.

Tatsächlich war das Beben kein Einzelfall; in dem Gebiet wurden seit 2007 zahlreiche leichte Erdbeben registriert. Auch aus anderen Regionen mit Geothermiekraftwerken ist dieses Phänomen bekannt. Die leichten Erdbeben entstehen durch Wasser, das unter hohem Druck in die Erde gepumpt wird damit es sich dort mit Hilfe der Erdwärme erhitzt und verdampft. Der Dampf schießt dann durch Rohrleitungen an die Oberfläche und treibt dort Generatoren zur Stromerzeugung an. Es ist auch möglich, das so erwärmte Wasser zum Betrieb von Fernwärmeheizungen zu nutzen. Das abgekühlte Wasser wird dann wieder in die Erde gepumpt, sodass ein geschlossener Kreislauf entsteht. Das eingebrachte Wasser destabilisiert allerdings den Untergrund. Der Porenraum der Gesteine wird unter Druck aufgefüllt; das Gestein verliert an Festigkeit und es entstehen Spannungen, die sich in den Erdbeben abauen.

Nachdem die ersten beben im Kreis Landau auftraten wurde die Leistung des Kraftwerkes heruntergefahren und somit auch der Druck verringert, unter dem das Wasser in die Erde gepummt wird. Spürbare Erdbeben blieben seitdem aus und das Kraftwerk soll am Netz bleiben. Vor Ort denkt man daran ein Seismisches Netzwerk aufzubauen und die Spannungen im Gestein zu messen, in der Hoffnung Warnzeichen für bevorstehende Erdbeben rechtzeitig zu entdecken, um dann die Leistung des Geothermiekraftwerkes weiter zu verringern und so neue Erdbeben zu vermeiden.

Verringert hat sich auch die Euphorie mit der die Erdwärme noch im vergangenen Jahr als ökologischer Energieträger der Zukunft gefeiert wurde. Im letzten Geothermiebericht wurde noch über Pläne berichtet bis zum Jahr 2020 mit 50 Geothermiekraftwerken ans Netz zu gehen, doch der Anteil von Erdwärmekraftwerken ist bisher gering geblieben.Trotzdem bin ich der Meinung, dass die Nachteile der Geothermikraftwerke vergleichsweise gering sind, wenn man die Probleme von Kohlebergbau und Atommüllendlagerung berücksichtigt. Als Kind des Ruhrgebiets weiß ich um die Folgeschäden des Bergbaus; die gesamte Region zwischen Ruhr und Rhein ist in den letzten 50 Jahren um ca. 1 m abgesackt, mit fatalen Folgen für viele Häuser.

Höhenmodelle von Ätna und Eyjafjallajökull

Die DLR veröffentlichte jüngst neue 3D Modelle der Erdoberfläche, die mit Hilfe zeitsynchroner Aufnahmen der beiden Satelliten TerraSAR X und TanDEM-X gerendert wurden. Die beiden Satelliten flogen in 500 Kilometern Höhe und waren dabei nur 350 Metern von einander entfernt. Sie lösten ihre Radargeräte und Kameras auf die Mikrosekunde genau synchron aus. Es wurde ein Raster von 12 Metern Dichte abgetastet. Damit gelang es Geländehöhe auf 2 Meter genau zu bestimmen. Die Modelle, die mich dabei am Meisten faszinieren, stammt vom Vulkan Ätna auf Sizilien und vom Eyjafjallajökull auf Island.

Bild 1 zeigt eine Seitenansicht des Vulkans Ätna. Der Betrachter schaut vom Nordosten auf den Vulkan und kann so ins Valle del Bove blicken. Gut sichtbar ist der Kegel des zentralen Kraterkomplexes; am Gipfel links im Bild der SE-Kraterkegel und rechts der NE-Kraterkegel.  Das Valle del Bove entstand, als der größte Teil des Urätnas kollabierte. Ein Großteil der damaligen Vulkanflanke scherte ab und rutschte bis ins Mittelmeer. Anschließend verlagerte sich das Eruptionszentrum nach Nordwesten.

Das zweite Bild ist eine Komposition aus einem Bild aus aktuellen Höhenmessungen und einem Radarbild das vor 10 Jahren gemacht wurde. Farbig hervorgehoben sind die Lavaströme der Eruptionsphasen von 2001 und 2002/2003. Die Lavaströme die im Jahr 2007  ins Valle del Bove flossen sind im Vordergrund sichtbar. Die Höhenmessungen sind nun so exakt, dass die wenigen Meter Höhenunterschied der Lavaströme sichtbar gemacht werden können.

Ein weiteres, faszinierendes Bild zeigt den Vulkan Eyjafjallajökull. Die Radarstrahlen erfassten die Morphologie der Caldera und Krater, die normalerweise unter dem Gletschereis liegen. Der Ausbruch des Eyjafjallajökull im Frühjahr 2010 hatte Teile des Gletschers schmelzen lassen. Vertiefungen zeigen sich auch im Eis des benachbarten Gletschers Myrdalsjökull. Unter ihm schlummert die mächtige Katla, auf deren nächsten Ausbruch die Fachwelt mit Spannung wartet.

Beinahe Eruption in Saudi Arabien

Bereits im Mai und Juni 2009 wurde die Region um das alte Lavafeld von Harrat Lunayyir von mehr als 30.000 Erdstößen erschüttert. Nun hat ein amerikanisches Forscherteam um John Pallister vom USGS eine Arbeit veröffentlicht, die die Ursache hinter diesen Schwarmbeben aufdeckt.

Schon damals wurde vulkanische Aktivität im Untergrund, als Ursache der Erdbebentätigkeit in Saudi Arabien vermutet. Man rechnete jederzeit mit einem Vulkanausbruch in der Gegend von Harrat Lunayyir. Hier hatte es zuletzt im Jahr 1256 eine effusive Eruption gegeben, die das weit verzweigte Lavafeld mit zahlreichen Schlackenkegeln schuf.
Am 19. Mai 2009 kam es neben den Schwarmbeben zu einer starken Erschütterung mit einer Magnitude von 5,4. Das Beben war stark genug um den Erdboden aufreißen zu lassen. Nach Schwefel riechende Dämpfe entströmten dem Riss, der den Wüstenboden auf einer Länge von 8 Kilometern spaltet. 40.000 Menschen einer nahe gelegenen Siedlung wurden evakuiert, doch der befürchtete Vulkanausbruch blieb aus. Nach wenigen Tagen klangen die Schwarmbeben ab und die Situation entspannte sich.
John Pallister untersuchte nun die Ursachen dieses beinahe Vulkanausbruches und fand heraus, dass Magma bis 2 Kilometer unterhalb der Erdoberfläche aufgestiegen war und dort stecken blieb. Allerdings sammelte sich das Magma nicht in einer Magmakammer, sondern presste sich als eine große Platte aus Gesteinsschmelze durch die Erdkruste und bildete in einem 50 bis 80 Kilometer großen Gebiet einen Gang. Der Gang hob die ganze Gegend um Harrat Lunayyir um 40 cm an und im Zentralbereich der Intrusion brach das Gestein ein und schuf den Riss.
Dass in dieser Gegend überhaupt Magma vom Erdmantel aus aufsteigt, liegt an den Ausläufern des Ostafrikanischen Grabenbruches (Riftvalley), die sich im 200 Kilometer entfernten Roten Meer verzweigen. Entlang dieser kontinentalen Nahtstelle spaltet sich ein Teil Ostafrikas mit der Arabischen Halbinsel vom Rest des afrikanischen Kontinents ab.
Erstmalig konnten die Wissenschaftler die Intrusion eines magmatischen Ganges mit ihren Messinstrumenten beobachten. Sie waren darüber erstaunt in welcher Entfernung von der Plattengrenze der Gang eindrang. Die Wissenschaftler sind nun der Meinung, dass selbst das Gefährdungspotential von Metropolen wie Nairobi neu eingestuft werden muss. Nairobi liegt ca. 30 Kilometer vom Rand des Riftvalleys entfernt.
Auch für Harrat Lunayyir sei die Gefahr eines erneuten Vulkanausbruches nicht gebannt; magmatische Gänge können auch nach langer Zeit reaktiviert werden. Ein Vulkanausbruch in der Wüste scheint nach wie vor im Bereich des Möglichen.

Neues Modell des Yellowstone Mantelplume

 

Yellowstone Mantelplume
Yellowstone Mantelplume

Forscher der Universität von Kalifornien entwickelten mit Hilfe der seismischen Tomografie ein neues Computermodell des Mantelplume unter dem Yellowstone Vulkan. Das Forscherteam um Mathias Obrebski wertete dafür die Signale von unzähligen Seismometern aus, die in den letzten Jahren im Westen der USA installiert wurden. Bei der seismischen Tomografie wird der Umstand zunutze gemacht, dass sich Erdbebenwellen in verschiedenen Medien unterschiedlich schnell ausbreiten. Lokale Unterschiede im Gestein der Erdkruste verursachen so eine Differenz zwischen tatsächlicher und erwarteter Laufzeit von Erdbebenwellen. Da heiße Gesteine eine geringere Dichte haben, als kälteres Gestein ändert sich auch hier die Laufzeit der Erdbebenwellen. Im heißen Gestein verringert sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Erdbebenwellen und es entsteht eine sogenannte „low-velocity-zone“. Umgekehrt nimmt die Geschwindigkeit der Erdbebenwellen in kälterem Gestein zu und es entsteht eine „high-velocity-zone“.
Mit diesen Laufzeitunterschieden und einem dichten Netzwerk von Seismometern wurden nun zahlreiche Erdbebenwellen aus unterschiedlichen Richtungen detektiert werden und Obrebski berechnete ein dreidimensionales Bild des Mantelplumes unter dem Yellowstone. Darüber hinaus wurde auch eine Interaktion zwischen der Subduktionszone vor der Westküste der USA und dem Mantelplume feststellen. Dieser durchstieß die in den Erdmantel abtauchende Juan de Fuca Platte und fragmentierte diese. Einige der Plattenfragmente wurden durch den aufsteigenden Mantelplume abgelenkt. Das Model zeigt sogar eine große Lücke in der subduzierten Platte unter Oregon.
Die Interaktion zwischen Mantelplume und subduzierte Platte könnte einige besondere geophysikalische Effekte der Cascaden-Subduktionszone erklären, die den Wissenschaftlern bisher Rätsel aufgaben. Zudem erklärt sie die verdrehte Struktur des Mantelplumes, die ein wenig an den Windungen eines Korkenziehers erinnert.
Eine weitere –und bisher von den Wissenschaftlern nicht diskutierte Möglichkeit- wäre die chemische Interaktion zwischen der basaltischen Schmelze eines Mantelplumes und Magma das durch partielles Schmelzen subduzierter ozeanischer Kruste entsteht. Letztere ist reich an Wasser und Kieselsäure und wird von Vulkanen explosiv gefördert, während die basaltische Schmelze eines Mantelplumes überwiegend geringexplosiv gefördert wird. Die hochexplosiven Phasen des Yellowstone-Vulkans förderten große Mengen ryholithische Lava, die im Verhältnis 1:10 aus einem basaltischen Magma hervorgehen kann, indem dieses über lange Zeiträume in der Magmakammer umgewandelt wird. Eventuell wurde dieser Prozess durch die Interaktion der subduzierten Platte mit dem Mantelplume verstärkt.
Eine weiter Hypothese ist, das besagte Interaktion zum Ausbruch der Columbia River Basalte führte.

Magma-Ansammlung im Laacher See Gebiet über Jahrtausende

Ein Team aus deutschen und amerikanischen Geowissenschaftlern untersuchte die Kristallisationsgeschichte der Lavagesteine im Laacher-See-Gebiet und kam zu der Schlussfolgerung, dass sich das Magma über Jahrtausende in der Magmakammer ansammelte, bevor es zum Ausbruch vor knapp 13.000 Jahren kam.

In einem Artikel, der in den Wissenschaftszeitschriften Journal of Petrology und American Mineralogist erschien, schreiben die Forscher um Gerhard Wörner von der Universität Göttingen, dass man bisher wenig darüber wusste in welchen Zeiträumen sich das Magma akkumuliert. Bisherige Arbeiten konzentrierten sich auf die Rekonstruktion des eigentlichen Vulkanausbruchs, der in der Vulkaneifel eine mehrere Meter mächtige Bimsschicht ablagerte. Um die Geschichte des Magmenaufstieges zu rekonstruieren untersuchten die Geowissenschaftler die Minerale Zirkon und Pyrochlor, die sich als mikroskopische Einschlüsse in der Lava des Vulkanausbruches befinden. Sie weisen eine hohe Konzentration radioaktiver Isotope von Uran und Thorium auf. Über die radioaktive Zerfallsrate der Isotope lässt sich das Alter der Minerale bestimmen. Die Forscher untersuchten nun Mineralien in der Lava, die aus dem Randbereich der Magmakammer stammten und bereits vor dem Vulkanausbruch in der Magmakammer kristallisierten. Die Geowissenschaftler kamen zu dem Ergebnis, dass sich bereits vor 30.000 Jahren erste magmatische Schmelzen im Untergrund ansammelten und dort kristallisierten. Die meisten untersuchten Lavaproben zeigten, dass sich vor 17.000 Jahre besonders viele Minerale bildeten und sich die Magmakammer bereits 4.000 Jahre vor dem letzten Ausbruch stark vergrößerte.

Die Geowissenschaftler vermuten daher, dass das Magmasystem unter dem Laacher-See-Vulkan sehr langlebig und immer noch aktiv ist.

Als äußerst langlebig erweisen sich auch die Magmasysteme anderer Caldera-Vulkane, wie z.B. unter dem Yellowstone-Vulkan in den USA. Dort ereigneten sich sogenannte Supervulkan-Eruptionen in einem Zyklus von ca. 600.000 Jahren. Das besondere am Laacher-See-Vulkan ist der Umstand, das er Charakteristika eines Caldera-Vulkans und eines Maar-Vulkans aufweißt. Wie die Studien von Professor Volker Lorenz zeigten, kann der finale Magmaaufstieg an monogenetischen Maaren sehr schnell gehen und nur Tage, oder Stunden dauern.

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