Die Yellowstone-Caldera
Die Yellowstone-Caldera |
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| In den letzten Monaten häufen sich spektakuläre Medienberichte über die möglichen, globalen Auswirkungen eines Ausbruchs des Yellowstone-Vulkans. Die Szenarien sind in der Tat besorgniserregend. Doch wie wahrscheinlich ist eine plötzliche Eruption des schlafenden Riesen tatsächlich? Im Nordwesten der USA, auf einem Hochplateau der Rocky Mountains, liegt das Gebiet des Yellowstone Nationalparks im US-Bundesstaat Wyoming, an der Grenze zu Montana und Idaho. 1872 gegründet, ist er der erste, und mit 9027 qkm größte Nationalpark der USA. Die idyllische Landschaft aus natürlichen Nadelwäldern, Seen und Flüssen ist die Heimat einer artenreichen Tierwelt. Geschützt vor menschlichen Eingriffen, fanden auf den Grasebenen entlang der Flüsse die fast ausgerotteten Bisons eine neue Heimat, ebenso Schwarzbären, Elche, Kojoten, Pumas, Luchse, Gabelböcke und Dickhornschafe. Die wilde Landschaft lockt jährlich 3 Millionen Besucher in den Park.
Zu den größten Attraktion des Yellowstone Parks gehören die Thermalgebiete. Unzählige Fumarolen, heiße Quellen, bunte Pools, blubbernde Schlammponds und nicht zuletzt Geysire sind Teil einer weltweit einmaligen Landschaft. Unter ihnen zählt der Old Faithful zu den bekanntesten und zuverlässigsten Springquellen. Alle 65 Minuten schießt seine bis zu 55 Meter hohe Wasserfontäne in den Himmel, doch auch die kleineren Geysire stehen seiner Schönheit nicht nach. Im Norden des Parks, bei Mammoth treten heiße Quellen zutage. Sie haben im Lauf der Zeit die unzähligen Kalksinterterrassen geschaffen. Dampfend läuft das Wasser von einem Becken zum anderen und lagert dabei täglich bis zu 2 Tonnen im Wasser gelösten Kalk ab. So entstehen immer neue Sinterbecken. Seinen Namen verdankt der Yellowstone seinen auffallend gelben Gesteinen. Sie sind vulkanischen Ursprungs und werden als Rhyolit bezeichnet. Im Grand Canyon of the Yellowstone River hat sich der Fluss tief in die farbenprächtigen Rhyolite eingegraben. 94 Meter stürzt der Fuß über die Kante der Lower Falls in die Schlucht.
Diese wilde, dampfende Landschaft entstand, nachdem die Gebirgsbildung der nördlichen Rocky Mountains mit starker, vulkanischer Aktivität vor 40 Millionen Jahren bereits abgeschlossen war. Vor 2 Millionen Jahren wurde das Gebiet des Yellowstone vulkanisch aktiv. Mehrfach sammelte sich seither Magma in riesigen Kammern unter dem Plateau. In diesem Zeitraum konnten, anhand von Tuffablagerungen und durch die Entdeckung von Calderen, drei große vulkanische Zyklen nachgewiesen werden. Sie begannen mit vereinzelten Lavaströmen, die sich zu einem gewaltigen Ausbruch steigerten, bei dem Tausende Kubikkilometer rhyolitischen Magmas gefördert wurden. Dabei wurden feine Partikel so hoch in die Atmosphäre geschleudert, dass ihre Überreste noch in Kanada und Texas gefunden wurden. Das Ende der Zyklen wurde durch die erneute Effusion von Lava gekennzeichnet. Auf dem Höhepunkt jedes Zyklus entleerten sich die Magmakammern soweit, dass sie einstürzten und riesige Calderen bildeten. Der größte Teil des Rhyolits ist bei diesen Eruptionen nicht als Lavastrom ausgetreten, sondern wurde aus Glutwolken heißer Aschen und Gase abgelagert. So entstanden charakteristische Tufflagen, die mit Hilfe der Kalium-40 Methode datiert wurden. Der erste Eruptionszyklus, der mengenmäßig das meiste Material gefördert hat, begann vor 2,2 Millionen Jahren und erreichte 200 000 Jahre später, in einer gewaltigen Eruption seinen Höhepunkt. Eine erste Caldera entstand. Der zweite Zyklus erfolgte vor 1,2 Millionen Jahren innerhalb der ersten Caldera, im Island-Park. Er förderte die 280 qkm des Masa-Falls-Tuffs, eine zweite Caldera bildete sich. Im dritten Zyklus verlagerte sich die Aktivität in das Gebiet des Yellowstone-Plateaus. Er begann vor 1,2 Millionen Jahren. Aus einem ringförmigen Bruchsystem, dass durch periodische Aufwölbung des Deckels über einer Magmakammer in der oberen Erdkruste entstanden war, traten über einen Zeitraum von 600 000 Jahren rhyolitische Magmen aus. Vor ca. 600 000 Jahren erfolgte der Hauptausbruch, bei dem der 1000 qkm bedeckende, Lava-Creek-Tuff entstand. Der Tuffkörper gliedert sich in zwei Schichten, die aus dicht aufeinanderfolgenden Ausbrüchen stammen. Die Entleerung der Hauptkammer führte zum Einsturz der Decke. Die elliptische Yellowstone Caldera ist mit Abmessungen von 45 mal 75 km so groß, dass sie erst auf Satellitenbilder deutlich zu erkennen ist. Ein Mensch auf der Erde kann den Krater nicht erkennen. Er ist durch zwei Ringbruchzonen untergliedert, deren Zentren zwei Dome bilden. Diese Aufdomungen sind auf eine erneute Ansammlung von geschmolzenem Gestein zurückzuführen. In den vergangenen 150 000 Jahren häuften sich Lavaergüsse, die die Caldera zusammen mit eingetragenen Sedimenten teilweise auffüllten. Bei den Ausbrüchen erwiesen sich die Ringbrüche innerhalb der Caldera erneut als Schwächezonen, aus denen die Lava austrat. Welche Ausbruchsmechanismen diesen drei Zyklen zugrunde liegt, ist noch nicht geklärt. Denkbar wäre, dass sich die Tiefe der Ringbrüche durch periodische Aufwölbungen vertiefen, bis sie so nah an die Magmakammer heranreichen, dass der Druck in ihrem Inneren ausreicht, die Kruste aufzureißen. Durch die folgende Druckentlastung würde ein Ausbruch getriggert. Eine andere Möglichkeit wäre das Eindringen von Wasser durch Risse und tief reichende Klüfte, die im Bereich der Ringbrüche mit Sicherheit vorhanden sind. Dadurch kommt es zur Übersättigung des Magmas mit Wasser, was zum Ausbruch führen würde. Im Bereich der jüngsten Caldera liegt der Yellowstone N. P. Dieser steht seit Anfang des 19ten Jahrhunderts unter ständiger Beobachtung der Geowissenschaftler. Durch exakte Vermessungen hat man festgestellt, dass sich der Boden unter dem Yellowstone noch immer bewegt. Er scheint zu atmen. Mit Hilfe von GPS-Messungen können die relativen Bodenbewegungen heute genau quantifiziert werden. Dabei ist man zu folgenden Ergebnissen gekommen: Bezogen auf eine Erhebung im Jahre 1923 hat sich der Boden bis 1985 um 74 cm gehoben. Die größte Hebung wurde mit über 14 Millimetern pro Jahr zwischen den beiden Domen gemessen. Dieser Wert liegt in der Größenordnung, die von den Vulkanen auf Hawaii und Island bekannt sind. Bis 1995 ist er wieder etwas abgefallen, zum Teil sogar um eine Schrägachse gekippt. Seither wölbt sich die Caldera wieder auf. Die Ursache für diese Bewegungen kann eine unterirdische Magmakammer sein, deren Innendruck variiert. Sie kann jedoch auch mit tektonischen Spannungen zusammenhängen. Für den Aspekt der Magmakammer sprechen auch die Wärmeflussdaten aus dem Yellowstonegebiet. Der durchschnittliche Wärmefluss, also das Vermögen der Gesteine Wärme zu leiten, liegt in tektonisch stabilen Krustenteilen bei ca. 60 Milliwatt pro Quadratmeter. Innerhalb der Yellowstone-Caldera ist der Wärmefluss bis zu 20 mal höher. Dabei ist nicht nur der Wärmefluss der Gesteine, sondern auch die konvektive Wärmeströmung, zirkulierender Wässer miteinbezogen. Gerade diesen konvektiven Anteil bewundern Besucher des Parks in den unzähligen heißen Quellen und Fumarolen. Durch tief reichende Klüfte des Ringbruchsystems zirkulierende Wässer werden aufgeheizt und treten auf spektakuläre Art, als Geysire wieder an die Oberfläche. Aber nicht nur in den Geysir-Basins, auch in der Gegend des Yellowstone-Sees ist der Wärmefluss extrem hoch. Bereits 4 m unter der Sedimentoberfläche des Sees beragen die Temperaturen 104° C. Um einen derartig hoher Wärmefluss über einen Zeitraum von mindestens 20 000 Jahren aufrecht zu erhalten, ist neben, einem hohen örtlichen Wärmefluss aus der Tiefe auch das Vorhandensein eines Magmenkörpers im Untergrund nötig, bei dessen Abkühlung und Kristallisation Wärme frei wird.
Und noch ein weiterer wichtiger Parameter steht im Yellowstone unter ständiger Beobachtung, die Seismizität. Im Park sind 22 seismografische Stationen verteilt, die jede noch so kleine Erschütterung registrieren. Die Aufzeichnungen der Messungen enthüllen, dass sich jedes Jahr Hunderte von Erdstößen unter dem Yellowstone Park ereignen. Dabei ist es jedoch schwer die örtlichen von den großtektonischen Bewegungen zu trennen. So steht das Gebiet im großtektonischen Zusammenhang, der in Teilen der westlichen USA schon seit 17 Millionen Jahren anhält. Dabei wurde das große Becken von Nevada und Utah um einen halben Kilometer angehoben. Der Yellowstone liegt im nordöstlichen Teil dieses tektonisch aktiven Gebietes. An einer der Hauptstörungen, die die Caldera durchschlägt, beträgt der vertikale Versatz der letzten 10 Millionen Jahre mehr als 4 km. Die Häufung schwarmartiger Beben im Bereich von Thermalgebieten hängt mit Spannungen zusammen, die von Dampfdrücken erhitzter Flüssigkeiten und Gase verursacht werden. Sie erzeugen die Wegsamkeiten, durch die der Druck abgebaut werden, das heiße Wasser austreten kann. Verantwortlich für die magmatischen Vorgänge im Yellowstone ist ein partielles Aufschmelzen des oberen Mantels. Der nach oben drängende Erdmantel hebt die Kruste und dehnt sie. Sie wird ausgedünnt, bildet Risse und schafft so eine Druckentlastung, die den Schmelzpunkt des Mantelmaterials herabsetzt. Schmelze bildet sich, steigt auf und schmilzt dabei Material der unteren Kruste. So entsteht das rhyolitische Magma, das sich in Kammern in der oberen Kruste sammeln kann. Diese Erscheinungen treten nicht erst seit 2 Millionen Jahren im Yellowstone-Gebiet auf, sondern sind Teil einer Zone, in der die Erdkruste über einen ortsfesten „heißen Fleck" im Erdmantel hinweggewandert ist. Solche Hot Spots kennt man bereits vom hawaiianische Vulkanismus, nur wandert hier ein Kontinent über die aktive Zone. So schiebt sich der Amerikanische Kontinent in den letzten 15 Millionen Jahren mit ca. 4,5 cm pro Jahr in südwestliche Richtung. Die Spuren des Vulkanismus reichen heute von der Grenze Nevada-Idaho die gesamte Snake-River-Ebene hinauf, bis zum heutigen Yellowstone National Park. Und diese Entwicklung ist keinesfalls abgeschlossen. Zwar sind detaillierte Vorhersagen über die Zukunft nicht möglich, aber ein grobes Bild kann anhand der Vergangenheit und dem heutigen Wissensstand gezeichnet werden. Die rege vulkanische Aktivität, die Krustenhebung und der periodische Verlauf der Eruptionen in der Vergangenheit, das Vorhandensein von Magma dicht unter der Oberfläche sind deutliche Hinweise, dass der Vulkanismus wieder aufleben wird. Nur die Stärke, die künftige Eruptionen haben werden, kann niemand vorhersagen. Die drei vergangenen Zyklen haben jedoch gezeigt, dass jeder Zyklus mit der Effusion von Lavaströmen begann, und der Höhepunkt einer Eruptionsphase erst nach mehreren hundertausend Jahren vulkanischer Aktivität stattfand. In jedem Fall werden sich Ausbrüche jedoch durch Zunahme der seismische Tätigkeit ankündigen. |
