Datum: 01.09.22 | Zeit: 01:33:07 UTC | Lokation: 44.26 N ; 110.62 W | Tiefe: 5 km | Ml 3,1
In der Yellowstone-Caldera steigt die Seismizität. In den letzten Tagen gab es mehrere schwache Erdbeben. Das Stärkste manifestierte sich heute und brachte es auf eine Magnitude von 3,1. Das Hypozentrum lag 5 km tief. Das Epizentrum wurde 59 km südöstlich von West Yellowstone verortet. Seit dem 26. August wurden insgesamt 16 Erschütterungen im Areal des Yellowstone-Nationalparks registriert. Die meisten Beben hatten Magnituden im 2er-Bereich.
Steamboat Geysir abgekühlt
Während sich das aktuelle Beben im Süden des Parks manifestierte, lagen die Beben Ende August im Nordwesten, genauer, wenige Kilometer nordwestlich des Norris Geyser Basins. Dieses Areal zählt zu den aktivsten Thermalgebieten der Yellowstone-Caldera und erfuhr vor einigen Jahren eine Bodenhebung, die mit erhöhter Seismizität einherging. In Norris liegt auch der Steamboat Geyser, einer der mächtigsten Geysire der Welt. Normalerweise pausierte der Geysir zwischen 2 Sprüngen monatelang, doch im Jahr 2018 begann eine recht muntere Phase, die erst im Juni dieses Jahres ihr Ende gefunden zu haben scheint. Der bislang letzte Sprung ereignete sich am 22 Juni. Bis dahin gab es mindestens 2 Eruptionen pro Monat. Zeitweise verkürzten sich die Intervalle auf 6 Tage.
Warum der Geysir plötzlich frequent zu springen begann ist genauso unklar, wie der Grund, warum er damit aufhörte. Auffällig ist allerdings, dass 5 Tage vor dem Ende der Phase eines der katastrophalsten Hochwasserereignisse im Yellowstone N.P. stattfand. Offiziell sprach man von den stärksten Überschwemmungen seit 500 Jahren. Möglicherweise gelangte viel Wasser in das Hydrothermalsystem der Caldera, so dass es sich wenigstens regional abkühlte und Druck aus dem Kessel genommen wurde. Andere Geysire wurden meines Wissens nach allerdings nicht durch das Hochwasser gestört. Im Gegenteil, es heißt, dass die Geysire in Jahren mit starken Niederschlägen etwas häufiger springen, als in trockenen Jahren.
Unter der US-Amerikanischen Yellowstone-Caldera manifestiert sich heute ein Schwarmbeben. Die bisher stärkste Erschütterung brachte es auf M 2,9. EMSC zeigt insgesamt 12 Beben mit Magnituden größer als 2. an. Die Hypozentren liegen in geringen Tiefen von weniger als 5 km. Die Epizentren konzentrieren sich auf ein kleines Gebiet südwestlich des Yellowstone Lakes. Sie liegen im Bereich des Heart-Lakes und dem Mount Sheridan. Die Senke des Sees ist durch Faltungsprozesse an einer jungen Störungszone entstanden. Von daher könnte das Schwarmbeben tektonischen Ursprungs sein. Allerdings gibt es auch ein Thermalfeld am See, so dass hydrothermale Einflüsse ins Spiel kommen könnten. Das Heart Lake Geyser Basin ist überdies bekannt für seine thermophilen Archebakterien, die hier in einem basischen Environment vorkommen.
Die Yellowstone-Caldera zählt nicht nur zu den größten Vulkanen der Welt, sondern auch zu jenen Feuerbergen, die besonders viel mediale Aufmerksamkeit genießen. Diese Tatsache ist nicht zuletzt den gigantischen Eruptionen geschuldet, die der Vulkan alle 630.000 Jahre zu erzeugen scheint. Die Supervulkan-Eruptionen haben das Potenzial einen vulkanischen Winter zu generieren und die Welt ins Chaos zu stürzen. So ist es nicht verwunderlich, dass jede noch so kleine Regung des Vulkans Weltuntergangsfantasien erstarken lässt. Aktuell manifestiert sich ein Schwarmbeben im nordwestlichen Teil der Caldera, genauer, in der Nähe des Norris Geyser Basins. Tatsächlich ist diese Region der Yellowstone-Caldera seismisch besonders aktiv. Und nicht nur die Erdbeben liefern Grund zur Sorge: Im Norris Geyser Basin hob sich vor einigen Jahren der Boden an und es entstanden neue heiße Quellen. Seit 2 Jahren ist der Steamboat Geyser ungewöhnlich aktiv. Im Mai sprang er 5 Mal und steigerte seine Aktivität deutlich. Sein bisher jüngster Sprung ereignete sich am 3. Juni. Doch die Vulkanologen des Parks geben Entwarnung und sehen in den Ereignissen lediglich eine Veränderung des Hydrothermalsystems des Calderavulkans, die nicht zwingend mit einer Zunahme magmatischer Aktivität einhergehen muss. Obgleich das Hydrothermalsystem natürlich von der Erdwärme betrieben wird, die von der Magmakammer befeuert wird.
Weitere Supervulkaneruptionen entdeckt
Die Yellowstone-Caldera ist nur die jüngste Manifestation des Yellowstone-Hotspots, der das Magma für die Eruptionen liefert. Der Hotspot geht vom Erdmantel aus und ist ortsstabil. Während sich die Nordamerikanische Kontinentalplatte um jährlich 2,5 cm in südwestliche Richtung verschiebt, brennt sich das Magma durch die Erdkruste und sorgt für die Eruptionen. So entstand im Laufe der Jahrmillionen eine Vulkankette, die sich in diesem besonderen Fall in Form von Calderen manifestierte. Diese sind teilweise so alt, dass die sichtbaren Strukturen verschwunden sind. Die jüngeren Calderen entstanden in der Snake-River-Ebene.
Ein Wissenschaftlerteam der University of Leicester untersuchte nun die vulkanischen Ablagerungen südwestlich der Yellowstone-Caldera genauer und stellte fest, dass sie von 2 Eruptionen im Miozän stammten. Bisher ging man davon aus, dass die Ablagerungen infolge zahlreicher kleinerer Eruptionen gebildet wurden. Genauere Datierungen lieferten die Erkenntnis, dass die beiden Eruptionen vor 9 und 8,7 Millionen Jahre stattfanden. Sie folgten mit einem Abstand von nur 300.000 Jahren aufeinander. Die Wissenschaftler gehen nun davon aus, dass sich das Ausbruchsintervall zwischen den Supervulkan-Eruptionen deutlich verlängerte und sich bis zum nächsten Ausbruch verdreifachen könnte. Sie interpretieren das als langsame Abnahme der Aktivität des Yellowstone-Hotspots. Allerdings ist die tatsächliche Anzahl der Supervulkan-Eruptionen unbekannt. Bisher entdeckten die Forscher 7 Eruptionszentren entlang der Snake-River-Ebene. Das jüngste dieser Zentren bildet die Yellowstone-Caldera in der bisher 3 Supervulkan-Eruptionen identifiziert wurden. Es ist durchaus möglich, dass es weitere Calderen gibt, die multiple Ausbrüche erzeugten, deren Ablagerungen noch nicht entdeckt wurden, oder die es einfach nicht mehr gibt.
Eine Forschergruppe um Jamie Farrell wertete seismische Daten aus, die zwischen 1984 und 2011 in der Yellowstone-Caldera gesammelt wurden. Diese Daten wurden herangezogen, um mittels Computer ein tomographisches Bild der Magmakammer unter dem Yellowstone zu erstellen. Dies gelingt, da sich Erdbebenwellen in verschiedenen Medien unterschiedlich schnell ausbreiten. In Zonen mit geringerer Dichte breiten sich die Erdbebenwellen langsamer aus, als in Bereichen mit hoher Dichte. Durch minimale Laufzeitunterschiede können die Forscher verschiedene Gesteinsarten detektieren und insbesondere Fluide und Gesteinsschmelzen lokalisieren. Untersuchungen dieser Art wurden in den letzten Jahren häufiger durchgeführt, doch meistens ging es bei diesen Arbeiten um die Tomografie des Mantelplume und nicht um die oberflächennahe Magmakammer. Farrell und seine Kollegen werteten besonders viele seismische Daten aus und konnten so bestehende Modelle erweitern und verfeinern. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass die Magmakammer unter dem Yellowstone-Vulkan noch größer ist, als bisher angenommen. Besonders auffällig ist eine Zone mit geringer Ausbreitungsgeschwindigkeit der Erdbebenwellen an der Nordost-Grenze der Caldera. Diese liegt nahe der Oberfläche und scheint mit Fluiden gefüllt zu sein. Bei diesen Fluiden kann es sich um Magma, oder (und) hydrothermalen Lösungen handeln. Die Forscher geben die Maße der Magmakammer so an: 90 km lang, zwischen 5 und 17 km tief, Insgesamt 2,5 fach größer als bisher angenommen. Der Magmakörper erstreckt sich 15 km des nordöstlichen Calderarandes.
Die Verlagerung der Magmakammer in Richtung Nordosten hängt mit der Plattentektonik zusammen. Während der Mantelplume unter Yellowstone ortskonstant ist, wandert die Platte über ihn hinweg und das Eruptionszentrum verlagert sich an der Oberfläche.
Das Volumen der Magmakammer schätzen die Forscher auf 200 – 600 Kubikkilometer. Von den Gesteinen der Magmakammer sollen ca. 5-15% geschmolzen sein. Bisher ging man davon aus, dass die Magmakammer weniger Material enthalte, das aber ca. 32% geschmolzen sei. Einigen Studien zufolge müssen ca. 40% Schmelze in der Magmakammer vorhanden sein, bevor es zu einem Vulkanausbruch kommen kann. Es gibt aber auch Schätzungen, nachdem dafür weitaus weniger Schmelze ausreichend ist.
Damit ein Magmakörper aus größeren Tiefen aufsteigen kann sind ca. 5% Schmelze nötig. Das restliche Magma ist aufgrund der Hitze plastisch. Damit dieses Material in der Magmakammer schmelzen kann sind Temperaturen von mehr als 700 Grad nötig. Studien von anderen Vulkanen zeigen, dass das Magma in der Magmakammer nur während 1% seiner Verweildauer in der Kammer zum größten Teil geschmolzen ist. Die Zeitspanne, während der es überhaupt zur einem Vulkanausbruch kommen kann, ist somit relativ kurz.
Allerdings haben erst kürzlich Forschungen an der ETH Zürich gezeigt, dass weder der Schmelzanteil, noch der Gasdruck alles bestimmende Größen sind, ob und wann ein „Supervulkan“ eruptiert. Die Wissenschaftler um Carmen Sanchez-Valle machten Laborexperimente mit Lava aus „Supervulkan-Eruptionen“. Sie kamen zu dem Schluss, dass allein schon der Dichteunterschied eines großen Magmakörpers zum Umgebungsgestein ausreichen kann, um eine Eruption auszulösen. Die Wissenschaftler vergleichen den Magmakörper mit einem Fußball, den man unter Wasser drückt und loslässt. Im Wortlaut erklärt das Sanchez-Valle so: „Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer ausreichenden Größe der Magmakammer alleine der durch Dichteunterschiede verursachte Überdruck genügt, um die darüber liegende Kruste zu durchbrechen und eine Eruption in Gang zu setzen“. Wieviel Magma in der Kammer geschmolzen sein muss, erklären die Forscher aber nicht.
Eine aktuelle Meldung des USGS sorgt für weiteren Diskussionsstoff: demnach änderte sich die Richtung der Bodendeformation im Norden der Yellowstone-Caldera. Nach einem mittelstarken Erdbeben der Magnitude 4,8 verschob sich die Bodendeformation um 0,5 cm in westlicher Richtung und um 1 cm Richtung Norden. Zuvor verschob sich der Untergrund in südlicher Richtung. Der Trend zur Inflation schlug in Deflation um: der Boden sackte um 2 cm ein, womit er gut ein Drittel der Aufwölbung verlor, die sich in den letzten 8 Monaten gebildet hatte. Die seismische Tätigkeit war recht hoch und konzentrierte sich auf einem Gebiet in der Nähe des Norris Geyser Basins.
Aus den neuen Forschungsergebnissen und Beobachtungen kann man ableiten, dass sich Magma im Untergrund des Yellowstone Nationalparks bewegt. Einen Vulkanausbruch mit globalen Folgen halte ich in mittelbarer Zukunft für sehr unwahrscheinlich. Es könnten sich aber durchaus lokale Magma-Ansammlungen mit genug Schmelze bilden, die einen normalen Vulkanausbruch verursachen könnten.
Quellen: USGS, Wired Eruptions, nature.com, Geophysical Research Letters:
„Tomography from 26 years of seismicity revealing that the spatial extent of the Yellowstone crustal magma reservoir extends well beyond the Yellowstone caldera.“
In den letzten Tagen erschienen einige Artikel über neue Forschungsergebnisse bezüglich der Eruptionszyklen des Yellowstone-Vulkans. Gesteinsproben des ca. 2 Millionen Jahre alten Huckelberry Ridge Tuff wurden mit Hilfe der Argon-Isotopen-Methode neu datiert. Dabei stellten die Forscher um Ben Ellis fest, dass die vulkanischen Proben dieser Gesteinsserien unterschiedliche Alter aufwiesen. Ging man bisher davon aus, dass sich die Ablagerungen einer Gesteinsserie während einer einzelnen gigantischen Eruption bildeten, wird jetzt vermutet, dass die Vulkanite durch verschiedene Ausbrüche gefördert wurden. Die Pausen zwischen den Eruptionen betrugen mehrere Jahrtausende. Die einzelnen Ausbrüche hatten immer noch den Charakter eines Supervulkan-Ausbruches, waren aber deutlich schwächer als es ein einzelner Ausbruch gewesen wäre.
Maßgeblich hat sich an dem Gefahrenpotential des Yellowstone-Vulkans für uns nicht viel geändert. Die Eruptionszyklen erfolgen weiterhin in dem Rhythmus von ca. 700.000 Jahren, nur kommt es in einem Zyklus scheinbar zu mehreren Eruptionen die einzeln betrachtet zwar schwächer sind, aber immer noch eine globale Katastrophe hervorrufen können. Möglicherweise könnten mehrere Eruptionen innerhalb eines Zyklus auch stärkere Auswirkungen auf das globale Klima haben, da der Natur weniger Zeit bleibt um sich zu normalisieren.
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.
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.
