Ätna: Magmenkörper erforscht

Der Ätna ist der wohl aktivste Vulkan Europas und einer der Interessantesten. Lange Zeit rätselten Forscher über die Struktur des Magmenreservoirs und konnten über seine Beschaffenheit nur spekulieren. Neue Untersuchungsmethoden enträtselten ein Stück weit die Lage und Größe des Magmaspeichers und entdeckten gleich mehrere Zonen, in denen sich Magmen akkumulieren.

Entdeckung von Magmenkörpern mithilfe Seismischer Tomografie

Ein Forscherteam des INGVs untersuchte den Vulkan, mithilfe des Verfahrens der Seismischen Tomographie. Hierbei werteten sie Daten von Erdbeben aus, die sich zwischen Januar 2019 und Februar 2021 ereigneten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen ist Abhängig von der Dichte des Gesteins, durch das sie sich bewegen. Anhand von Laufzeitunterschieden der Erdbebenwellen konnten unter dem Vulkan Zonen identifiziert werden, in denen sich die Erdbebenwellen langsamer ausbreiteten, als sie es üblicherweise tun. So ließen sich bis in einer Tiefe von 12 km mehrere Areale von geringerer Dichte identifizieren, die die Wissenschaftler für Magma-Ansammlungen halten. Jedes der Reservoire soll mindestens 4% eruptionsfähige Schmelze enthalten, genug, um den Vulkan über Jahre aktiv zu halten.

Der Erstautor der Studie, Pasquale De Gori erklärt in einer Pressemeldung des INGVs, dass „die  Seismische Tomografie häufig eingesetzt wird, um sowohl vulkanische Komplexe als auch tektonisch aktive Gebiete zu untersuchen. In unserer Studie haben wir die Schwankungen der seismischen Wellengeschwindigkeiten in den letzten Jahren berechnet, um das Vorhandensein von neuem Magma und die möglichen Volumina zu überprüfen. Dabei haben wir zwischen 4 und 9 km Tiefe eine sehr ausgedehnte Zone entdeckt und zwei andere Areale identifiziert, die flacher und kleiner sind und sich in der Nähe der Gipfelkrater befinden, wo die seismischen Wellen besonders langsam sind“.

Horizontale- und vertikale Profile durch den Vulkan. Die rosa Zonen markieren die Areale mit verringerter Wellengeschwindigkeit. © nature.com

Mehr als 11.000 Erdbeben am Ätna untersucht

Die Forscher untersuchten nicht nur die Seismizität der letzten 2 Jahre, sondern können auf einen sehr großen Datensatz der letzten zwei Jahrzehnte zurückgreifen: seit 2005 ereigneten sich mehr als 11.000 Beben mit Magnituden zwischen 1,0 und 4,8. Die Analyse dieses enormen Datensatzes zeigte, dass die Dynamik des Vulkans überwiegend durch intrusive Prozesse gesteuert wurde, die sich entlang der Störungszonen an der Südostflanke abspielten. Hinzu kam das Gleiten der Ostflanke, dass durch die Intrusionen periodisch beschleunigt wurde. Dadurch verringerte sich der Druck auf das Magma in den Förderschloten, wodurch Eruptionen ausgelöst wurden.

„Die Studie zeigt“, so der Forscher abschließend, „dass sich das tiefste Volumen, in dem die seismischen Wellen verlangsamt werden, am Rande eines Volumens befindet, das durch hohe P-Wellen-Geschwindigkeiten gekennzeichnet ist und den Teil des Magmas darstellt, der nicht ausgebrochen ist und sich nun verfestigt hat. Es ist die Spur der alten Aktivität des Ätna während seiner geologischen Entwicklung.
In unserer Studie stellen wir die Hypothese auf, dass das Magma, das aus den tiefsten Teilen der Kruste kommt, die tiefste Region mit niedriger P-Wellen-Geschwindigkeit erreicht. In diesem Volumen erzeugt das neue Magma einen Druckanstieg im System, der den Großteil der am Ätna beobachteten Seismizität in einer Tiefe zwischen 4 und 12 km auslöst. Das Magma steigt von den tiefsten zu den flacheren Volumina mit niedrigen Vp-Werten auf, was durch die Zunahme der seichten Seismizität dokumentiert wird und möglicherweise eruptive Episoden auslöst, wie es in den letzten Monaten der Fall war“. (Quellen: INGV/Nature)

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