Ätna: Neue Studie enthüllt zwei völlig unterschiedliche Wege, die zu explosiven Eruptionen führen
Der Ätna auf Sizilien gilt als einer der am besten überwachten Vulkane der Welt. Zugleich hat er den Ruf, vergleichsweise sanftmütig zu sein: Seine häufig in Phasen auftretenden Lavafontänen sind zwar spektakulär und können Lavaströme hervorbringen sowie ganze Ortschaften mit Lapilliregen überdecken, doch Menschen kommen dabei nur selten zu Schaden. Daher wird er oft als „sanfter Riese“ bezeichnet. Eine neue Studie von Forschern der Cornell University zeigt jedoch, dass sich hinter diesem Bild eine deutlich komplexere Geschichte verbirgt. Die Wissenschaftler konnten nachweisen, dass derselbe „sanfte Riese“ in der Vergangenheit auf zwei grundlegend unterschiedliche Arten zu äußerst explosiven Eruptionen fähig war.
Die Untersuchung konzentrierte sich auf zwei große Ausbrüche aus der Geschichte des Ätna: eine plinianische Eruption im Jahr 122 v. Chr. sowie ein etwa 4.000 Jahre altes Ereignis, das als „Fall-Stratified Eruption“ bezeichnet wird. Ziel der Forschung war es, die damaligen Magmenfördersysteme im Untergrund zu rekonstruieren und die Ursachen ihrer Explosivität besser zu verstehen.
Dazu nutzte das Forschungsteam hochauflösende Raman-Mikrospektroskopie. Mit dieser Methode analysierten die Wissenschaftler winzige Gaseinschlüsse in Olivinkristallen aus den Ablagerungen dieser Eruptionen. Die Einschlüsse enthalten Kohlendioxid, das während der Kristallbildung im Magma eingeschlossen wurde. Aus der Dichte des Gases ließ sich der Druck zum Zeitpunkt des Einschlusses bestimmen und daraus wiederum die Tiefe ableiten, in der sich das Magma während der Kristallisation befand.
Die Ergebnisse zeigen zwei völlig unterschiedliche Szenarien des Magmenaufstiegs. Bei der Eruption von 122 v. Chr. stieg Magma zunächst aus einer Tiefe von etwa 22 Kilometern auf. Anschließend verweilte es mehrere Wochen in flachen Magmenreservoiren in zwei bis fünf Kilometern Tiefe. Dort entgaste die Schmelze schrittweise, wodurch sich der Druck im Fördersystem aufbaute und schließlich in einer heftigen plinianischen Eruption entlud. Dies entspricht dem klassischen Szenario eines in einem flachen Magmenspeicher reifenden Magmas, das häufig explosivere Ausbrüche hervorbringt als rasch aufsteigende primitive Mantelschmelzen.
Genau ein solcher schneller Aufstieg ereignete sich dagegen bei der Eruption während der Bronzezeit vor rund 4.000 Jahren. In diesem Fall befand sich das Magma vor dem finalen Aufstieg deutlich tiefer als bei der jüngeren Eruption. Die mikroskopisch kleinen Gaseinschlüsse in den Olivinen zeigen, dass sie in etwa 24 bis 30 Kilometern Tiefe entstanden und außergewöhnlich hohe Konzentrationen stark komprimierten Kohlendioxids enthielten. Die Kristallisation fand damit nahe der Mohorovičić-Diskontinuität (Moho), der Grenze zwischen Erdkruste und oberem Mantel, statt. Statt anschließend längere Zeit in flachen Reservoiren gespeichert zu werden, stieg das Magma extrem schnell auf und erreichte die Oberfläche innerhalb weniger Stunden. Die Forscher sehen in der raschen Expansion des Kohlendioxids den entscheidenden Antrieb für die explosive Entladung des Ätnas.
Die Studie stellt damit eine lange verbreitete Annahme infrage, wonach Wasserdampf der dominierende Faktor besonders explosiver Vulkanausbrüche sei. Zwar spielt Wasser weiterhin eine wichtige Rolle, doch die Ergebnisse verdeutlichen, dass auch Kohlendioxid unter bestimmten Bedingungen die entscheidende Triebkraft einer explosiven Eruption sein kann.
Für die Vulkanüberwachung hat diese Erkenntnis große Bedeutung. Sie zeigt, dass selbst ein gut erforschter Vulkan wie der Ätna über unterschiedliche Eruptionsmechanismen verfügen kann. Künftige Risikobewertungen müssen daher berücksichtigen, welche flüchtigen Bestandteile im Magma dominieren und aus welchen Tiefen die Schmelze aufsteigt. Die Analyse mikroskopischer Gaseinschlüsse könnte sich dabei zu einem wichtigen Werkzeug der modernen Vulkanforschung entwickeln. Allerdings besteht derzeit noch das Problem, dass diese Einschlüsse erst nach einer Eruption in den ausgeworfenen Mineralen untersucht werden können und somit für die unmittelbare Vorhersage eines bevorstehenden Ausbruchs nur eingeschränkt nutzbar sind.