Vulkanologie: Neues aus Wissenschaft und Forschung

In dieser Kategorie lest ihr über neue Forschungsergebnisse der Geowissenschaftler, die in Studien zur Vulkanologie und Seismologie veröffentlicht wurden.

Campi Flegrei: Studie zur Erhitzung des Grundwasserleiters

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Neue Studie zur Erhitzung des Grundwasserleiters der Campi Flegrei – Magmatisch bedingt

Heute wurde vom INGV mitgeteilt, dass eine neue Studie veröffentlicht wurde, die im Rahmen einer Kooperation des INGV mit dem Institut für Geowissenschaften und Georessourcen des Nationalen Forschungsrats in Pisa und der Firma Steam srl, die auf geothermische Anlagen spezialisiert ist, entstanden ist. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Solid Earth veröffentlicht und beschäftigt sich mit den magmatischen Gasen der Fumarolen im Bereich der Solfatara und Pisciarelli.




Pisciarell-Fumarole und Schlammtopf

Mit Hilfe von Gasanalysen und anderen geowissenschaftlichen Daten gelang es, ein Modell des magmatisch-hydrothermalen Systems der Solfatara zu entwickeln und einen Erklärungsansatz, warum sich das Wasser eines Grundwasserleiters in 2,7 bis 4,0 Kilometern Tiefe erhitzt, was letztendlich zum Druckaufbau des Systems führt.

Die Forscher analysierten Daten von 4 Jahrzehnten, die mithilfe speziell entwickelter Geothermometer und Geobarometer erfasst wurden. Mit den Instrumenten wurden Temperatur und Druck von drei Grundwasserleitern in unterschiedlichen Tiefen der Phlegräischen Felder gemessen. Die dabei gewonnenen Daten wurden mit geowissenschaftlichen Informationen aus Oberflächenuntersuchungen und geothermischen Explorationsbohrungen aus den 1970er- und 1980er-Jahren verglichen, die bis in Tiefen von rund drei Kilometern reichten.

Die Ergebnisse bestätigen, dass die Erwärmung und Druckzunahme im Grundwasserleiter die direkte Ursache der aktuellen Bodenhebung sind. Diese Prozesse werden durch die magmatische Entgasung gesteuert, was bereits durch Schwankungen der Schwefelisotope in den fumarolischen Fluiden der Solfatara nachgewiesen wurde. Einen Nachweis von Magma in Tiefen oberhalb von 4 Kilometern erbrachte auch diese Studie nicht. Dennoch ist klar, dass es in größerer Tiefe eine Magmenakkumulation gibt.

Bei steigendem Druck im Grundwasserleiter besteht das Risiko hydrothermaler oder phreatischer Explosionen, wie wir sie im Juli 2024 im Biscuit-Basin des Yellowstone-Nationalparks sahen. Diese könnten durch die Verdampfung von Wasser und die plötzliche Ausdehnung des Dampfes ausgelöst werden und zum Aufbrechen des überlagernden Gesteins führen. Solche phreatischen Eruptionen entstehen, ohne dass es zu einem direkten Kontakt von Magma mit Grundwasser kommt. Es reicht eine starke Hitzequelle in der Tiefe, die das Gestein überhitzt und Wasser explosionsartig ausdehnen lässt, wenn es mit diesen heißen Gesteinen in Verbindung kommt.

Laut der Gefahreneinschätzung der Studienautoren könnte eine hydrothermale Explosion die Bildung heißer Schlammströme und Geröllmassen verursachen, die sich rasch ausbreiten und entlang der Geländevertiefungen bis zur Küste vordringen – ein Szenario, das in der Vergangenheit bereits dokumentiert wurde. Voraussetzung ist das Überschreiten der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Deckgesteine, deren Festigkeit durch die zunehmende seismische Aktivität in der Region weiter abnimmt.

Die Autoren betonen, dass es sehr schwierig ist phreatische Eruptionen oder hydrothermale Explosionen vorherzusagen. Die Gefahr wächst, je länger die aktuelle Krise anhält. (Quelle: cnr.it)

Erdkern drehte scheinbar seine Rotationsrichtung um

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Der innere Erdkern verändert seine Rotationsrichtung – ein Rätsel in 5000 Kilometern Tiefe

In den letzten Tagen berichteten verschiedene Internetmedien vermehrt, dass der innere Erdkern seine Rotationsgeschwindigkeit und Richtung geändert habe. Mehrere Leserinnen und Leser fragten mich daraufhin nach möglichen Auswirkungen auf die Erde. Vorweggenommen: Falls es Effekte gibt, dürften sie sehr gering sein.

Schnitt durch die Erde. © Shutterstock

Grundlage der Berichte ist eine Forschungsarbeit eines internationalen Teams unter Leitung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, an der auch die University of Southern California beteiligt war. Laut der Studie, die 2024 bei nature.com erschien, hat der feste innere Kern aus Eisen und Nickel nicht nur seine Rotationsgeschwindigkeit verändert, sondern scheint sich aus Sicht der Erdoberfläche seit etwa 2008 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

Direkt beobachten lässt sich der fast mondgroße Kern nicht, da er mehr als 5000 Kilometer unter Mantel und äußerem Kern liegt. Hinweise liefert die Seismologie: Erdbebenwellen durchdringen das Erdinnere und geben Aufschluss über dessen Struktur und Dynamik. Besonders aussagekräftig sind PKIKP-Wellen, die an der Grenze zwischen äußerem und innerem Kern reflektiert werden. Werden wiederkehrende Erdbeben, sogenannte „Repeater“, miteinander verglichen, lassen sich selbst kleinste Veränderungen erkennen.

Für ihre Analyse untersuchten die Forschenden 121 solcher Ereignisse zwischen 1991 und 2023 in der Region der South Sandwich Islands. Messstationen in Alaska und Kanada zeigten ein klares Muster: Zwischen 2003 und 2008 rotierte der Kern schneller als die Erdkruste („Superrotation“). Danach verlangsamte er sich deutlich und drehte sich aus unserer Sicht rückwärts („Subrotation“). Wichtig ist: Der Kern hat seine Rotationsrichtung nicht tatsächlich geändert; die scheinbare Umkehr entsteht, weil sich der innere Erdkern nun langsamer als die Erdkruste dreht. Die Forscher vermuten, dass solche Richtungswechsel Teil eines 60- bis 70-jährigen Zyklus sind. Eine neue Erkenntnis ist, dass die Subrotation langsamer verläuft als die Superrotation, was bisherige Modelle gleichmäßiger Pendelbewegungen infrage. Vielmehr deutet alles auf ein komplexes Zusammenspiel von Mantel, äußerem und innerem Kern hin, bei dem auch das Magnetfeld eine Rolle spielt.

Als mögliche Auswirkungen der Erdkernverlangsamung werden Einflüsse auf das Magnetfeld und minimale Änderungen der Tageslänge diskutiert. Außerdem könnte es langfristig betrachtet Auswirkungen auf Vulkanismus und Erdbeben geben.

Ich persönlich halte die möglichen Effekte für sehr gering. Die Geschwindigkeitsunterschiede der Erdkernrotation sind minimal und liegen in der Größenordnung von Bruchteilen eines Millimeters pro Sekunde. Zum Vergleich: Ein Punkt auf der Erdoberfläche am Äquator bewegt sich infolge der Erdrotation mit 463 000 mm/s, was 463 m/s bzw. 1667 km/h (Überschallgeschwindigkeit) entspricht. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Kern und Erdkruste liegt zwischen 0,02 und 0,07 mm/s (je nach Phase der Rotation). Damit rotiert der Erdkern ein Hundertmillionstel langsamer als die Erdoberfläche. Die minimalen Laufzeitunterschiede sind vor allem vom akademischen Interesse und dürften keine umwälzenden Veränderungen auf unsere Lebenswelt ausüben.

(Quelle der Studie: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07536-4. Bei den Berechnungen hat mir eine KI geholfen)

Campi Flegrei: Studie identifiziert 54000 Erdbeben mithilfe von KI

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Neue Studie identifiziert 54.000 Erdbeben in den Campi Flegrei mithilfe von KI – Beben meistens tektonischen Ursprungs

Die seit 20 Jahren anhaltende und sich seit 2017 permanent steigernde Erdbebentätigkeit im Bereich der süditalienischen Caldera Campi Flegrei inspiriert zahlreiche Forscher zu Studien. So wurde jetzt im Magazin „Science“ die Studie eines internationalen Forscherteams veröffentlicht, das mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz in den seismischen Aufzeichnungen der letzten 3 Jahre 54.000 Erdbeben identifizieren konnte. Weit mehr als bisher bekannt waren. Die meisten Erdbeben sollen tektonischer Natur gewesen sein und nicht direkt mit dem Aufstieg von Magma zusammenhängen. Unterhalb von 4 Kilometern Tiefe wurde keine Erdbeben festgestellt.




Eine Ausnahme bilden laut der Studie, die von Forschern der Stanford University sowie der Universität Neapel Federico II und dem INGV durchgeführt wurde, hybride Erdbeben, die sich im Bereich des Mont Obliano manifestierten. Diese Erschütterungen würden direkt mit Fluidbewegungen zusammenhängen.

Ringförmig angeordnete Erdbeben

Mit Hilfe von KI-gestützten Verfahren wurde anhand der Erdbebenmuster ein ringförmiges Störungssystem um die Bodenhebungszone im Dach der Caldera identifiziert. An diesem Störungssystem ereignen sich laut der Forschergruppe die meisten tektonisch bedingten Erschütterungen. Solche ringförmigen Störungssysteme kennen wir auch von den Dachbereichen bzw. Füllungen anderer Calderen, u.a. vom Bardarbunga in Island.

Die Beben werden nach Meinung der Forscher also nicht direkt von aufsteigendem Magma verursacht. Hinweise auf eine Magmenmigration in Tiefen von weniger als 4 km wurden nicht gefunden.
Obwohl einige Forscher, Bürokraten und auch besorgte Bürger der Region diese Nachricht so interpretieren, als würde nun die Gefahr eines Vulkanausbruchs gebannt sein, gebe ich zu bedenken, dass die allermeisten Erdbeben in Vulkanregionen eben dadurch zustande kommen, dass sich magmatische Fluide entlang von Störungen und Schwächezonen bewegen und Druckerhöhungen diese zu Beben anregen. Was folgt, ist ein Erdbebensignal, das alle Merkmale eines tektonischen Erdbebens aufweist, letztendlich aber dennoch durch Druckanstieg im magmatischen Speicher- und Fördersystem des Vulkans ausgelöst wurde. Zudem hat bis jetzt auch keine andere Studie Magma in weniger als 4 km Tiefe nachweisen können. Tatsächlich würde Magma in so geringer Tiefe kurz vor der Eruption stehen.

Rein vulkanotektonische Erdbeben, bei denen aufsteigendes Magma Gestein bricht, manifestieren sich in geringen Tiefen nur dann, wenn das Magma final aufsteigt. Bei offenen Aufstiegswegen kommt es oft erst Stunden oder Minuten vor einer Eruption zu einer seismischen Krise vulkanotektonischen Ursprungs. Die neuen Erkenntnisse der Studie liefern keinen Grund zur Entwarnung, sondern sie sagen lediglich aus, dass ein Vulkanausbruch nicht unmittelbar bevorsteht. Mehr als 54.000 Erschütterungen innerhalb von 3 Jahren (2 Beben pro Stunde) sowie die Bodenhebung sind alarmierende Anzeichen dafür, dass es im Untergrund einen starken Druckaufbau gibt. (Quelle der Studie: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw9038)

Fuji: KI-Simulation eines Ausbruchs mit Auswirkungen auf Tokio

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Simulation eines Fuji-Ausbruchs. © KI

Tokio simuliert mit KI die Folgen eines Fuji-Ausbruchs und erstellt Video

Die Stadtverwaltung von Tokio hat erstmals ein Video herausgegeben, das mit Hilfe künstlicher Intelligenz einen Ausbruch des Vulkans Fuji-san simuliert. Das Video konzentriert sich in seiner Darstellung auf die Auswirkungen einer starken Ascheeruption auf Tokio, beinhaltet neben den KI-generieten Simulationen auch Realbildaufnahmen anderer Vulkanausbrüche. Die am 22. August präsentierte Simulation verdeutlicht, wie schnell die städtische Infrastruktur bei Ascheniederschlag an ihre Grenzen stoßen könnte.




Der Fuji ist aufgrund seiner fast perfekten Kegelform nicht nur Wahrzeichen Japans, sondern auch ein ziemlich großer Vulkan mit einem hohen Gefahrenpotenzial. Der 3 776 m hohe Stratovulkan liegt ca. 100 Kilometer westlich vom Stadtzentrum Tokios und kann an klaren Tagen von dort aus gesehen werden. Der letzte Ausbruch ereignete sich 1707 und hatte einen VEI 5. Die plinianische Eruption förderte Asche, die in Tokio Hausdächer einstürzen ließ. Außerdem wurden im großen Maßstab landwirtschaftliche Nutzflächen mit Asche bedeckt und Ernten zerstört.

In der KI-Simulation – die sich am Ausbruch von 1707 orientiert – geht man davon aus, dass der Ausbruch des Fuji über 1 Milliarden Kubikmeter Tephra fördern würde, wovon sich gut ein Viertel in Form von Vulkanasche im Großraum Tokio ablagern könnte. Es käme in erster Linie zu massiven Einschränkungen im öffentlichen Verkehr: Ablagerungen auf Gleisen und Fahrzeugen würden zu Zugausfällen führen, Straßen wären durch schlechte Sicht, Rutschgefahr und unzureichende Reinigung kaum passierbar. Ein besonderes Problem, das die Stadt hervorhebt, sind die Heimkehrschwierigkeiten hunderttausender Pendler, vorausgesetzt, der Vulkan würde während der Arbeitszeit ausbrechen. Zudem käme der Flugverkehr zum Erliegen.

Auch die Energieversorgung ist gefährdet. Asche beeinträchtigt Isolatoren und verstopft Filter in Kraftwerken. Untersuchungen des Wirtschaftsministeriums gehen von einem möglichen Rückgang der Stromkapazität um 20 bis 30 Prozent aus, selbst wenn Ersatzmaßnahmen ergriffen werden. Hinzu kommt die Gefahr langfristiger Kommunikationsstörungen durch überlastete Netze, beschädigte Basisstationen und Stromausfälle. Nicht explizit erwähnt, aber nicht zu vernachlässigen, wäre der Ausfall von Rechenzentren, zum einen weil auch hier Luftfilter verstopfen würden, zum anderen wegen der Stromausfälle.

Dem nicht genug bedrohen auch pyroklastische Ströme und Lahare das Umland des Fuji. Letztere könnten besonders entlang von Flussläufen und Abwasserkanälen große Zerstörungen anrichten.
Eine zentrale Botschaft des Videos: Im Ernstfall zählt Zeit. Abhängig von der Windrichtung könnte die Asche Tokio bereits nach zwei Stunden erreichen. Die Stadt empfiehlt daher, bereits in einer frühen Ausbruchsphase nicht zu reisen, sondern zunächst Informationen einzuholen und in Innenräumen zu bleiben.

Doch es wurde nicht nur ein KI-Video erzeugt, sondern es ging auch eine spezielle Website online die über Notfallmaßnahmen informiert. Zudem finden sich Verhaltenstipps, die sich an Einwohner ebenso wie an Touristen richten. Eine weitere Seite gibt im Ernstfall Aschefallprognosen heraus. Empfohlen wird, Vorräte für drei Tage anzulegen, Staubschutzmasken und Schutzbrillen parat zu haben sowie einen Kommunikationsplan für den Fall von Stromausfällen.

Die Simulation steht im Einklang mit den im März 2025 vorgestellten Regierungsrichtlinien zum großräumigen Aschefall. Diese unterscheiden drei Belastungsstufen – von wenigen Zentimetern bis über 30 Zentimeter – und raten, unnötige Bewegungen während des Ascheregens zu vermeiden. Tokio setzt damit auf Aufklärung, um Panik zu verhindern und die Bevölkerung auf ein realistisches Worst-Case-Szenario vorzubereiten.

Warum wurde ausgerechnet jetzt damit begonnen, ein entsprechendes Informationssystem zu generieren? Bereits im Jahr 2022 gab Geophysiker Hiroki Kamata zu bedenken, dass Erdbeben entlang von Störungszonen in Vulkannähe auch eine Eruption triggern könnten. Damals empfahl er entsprechende Vorbereitungen.

Hier der Link zum Video auf Youtube.

Taiwan: Drucksteigerung unter Tatun-Vulkangruppe

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Forscher entdecken unterirdische Veränderungen in der Tatun-Vulkangruppe in Taiwan – bahnt sich ein Ausbruch an?

Taiwan steht aufgrund seiner zahlreichen Erdbeben häufig in den Schlagzeilen – allein in diesem Jahr gab es bereits mehr als 100 Erdbeben mit Magnituden über 4,0. Doch wie in vielen Ländern entlang des Pazifischen Feuerrings sind nicht nur Erdbeben, sondern auch Vulkanausbrüche Teil der geologischen Realität. Der bislang letzte Ausbruch in Taiwan ereignete sich 1853, als der Inselvulkan Kueishantao vor der Nordostküste aktiv wurde. In manchen Datenbanken wird die Insel China zugerechnet – je nachdem, ob die Unabhängigkeit Taiwans anerkannt wird oder nicht.

Gegenstand aktueller Untersuchungen war jedoch nicht dieser Inselvulkan, sondern die Tatun-Vulkangruppe nahe der Hauptstadt Taipeh, in der mehr als sieben Millionen Menschen leben.

Der letzte gesicherte Ausbruch eines Vulkans der Tatun-Gruppe liegt etwa 6.000 Jahre zurück. Einige Studien deuten jedoch auf eine jüngere Aktivität vor rund 1.350 Jahren hin. Seit 2019 registrierten Forscher einen deutlichen Anstieg der Seismizität unter der Vulkangruppe und nutzten diesen Befund als Ausgangspunkt für weiterführende Untersuchungen. Mithilfe seismischer Tomografie und computergestützter Bildgebung entdeckten sie unter dem Vulkan Chihsin die Bildung bzw. Vergrößerung eines Fluidaufstiegskanals. Dieser befindet sich unter der bekannten Dayoukeng-Fumarole und reicht fast bis in 4 Kilometer Tiefe. Die Vergrößerung des Aufstiegskanals geht mit einer Drucksteigerung des Fördersystems einher.

Darüber hinaus fanden die Wissenschaftler in Tiefen zwischen 3 und 4 Kilometern eine weitere großflächige Anomalie in Form von abweichenden Erdbebenwellengeschwindigkeiten. Sie interpretieren diese Struktur als mögliche Magmenansammlung, aus der die Fluide stammen, die an der Fumarole austreten.

Die Forscher gehen davon aus, dass sich der Vulkan seit etwa 2014 in einer Phase zunehmender Unruhe befindet und sich womöglich auf einen Ausbruch vorbereitet. Je nach Größe einer möglichen Eruption könnte auch die nahegelegene Metropole Taipeh – nur rund 15 Kilometer von den Ausläufern der Vulkangruppe entfernt – betroffen sein. Ein solches Ereignis könnte nicht nur lokal verheerend wirken, sondern auch die internationalen Finanzmärkte erschüttern, da Taipeh ein bedeutendes Wirtschaftszentrum ist. (Quelle: nature.com)

Ältestes Gestein der Welt ist basaltischen Ursprungs

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Neue Analysen von Gesteinsproben aus Kanada identifizieren das älteste Gestein der Welt – es ist basaltischen Ursprungs

Die Erdkruste unterliegt einem ständigen Umwandlungsprozesses und wird infolge der Subduktion recycelt. Daher ist praktisch kaum noch Gestein auf der Erde vorhanden, das aus der Frühzeit unseres Planeten stammt. Für Wissenschaftler ist die Erforschung solch alter Gesteine aber wichtig, damit sie die Prozess besser verstehen, die zur Bildung der Erdkruste führten. Ein schmaler Streifen Gestein an der Ostküste der Hudson Bay in Nordostkanada rückt im Rahmen einer Studie erneut in den Fokus der Wissenschaftler: der Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel. Neue Untersuchungen liefern Hinweise darauf, dass es sich bei Teilen dieses Gürtels um Überreste der allerersten Erdkruste handeln könnte.

Grünstein-Fazies basaltischen Ursprungs.

Der Ursprung dieser Gesteine liegt tief in der frühen Erdgeschichte: Vor mehr als vier Milliarden Jahren dürfte an dieser Stelle heißes, mafisches Magma aus dem Erdmantel durch eine Risszone in der noch jungen Kruste gedrungen sein. Die daraus erstarrten vulkanischen Gesteine, vermutlich basaltischen Ursprungs, wurden später metamorph überprägt: sie tauchten im Zuge tektonischer Prozesse und durch Überdeckung mit anderen Gesteinen, in größere Tiefen der Erdkruste ab und verwandelten sich durch hohen Druck und Temperatur in Amphibolite und verwandte Gesteinstypen. Anders als der Großteil der frühesten Erdoberfläche, der im Lauf der Jahrmilliarden zerstört oder umgewandelt wurde, könnten diese Gesteine den Prozess überlebt haben.

Erste Hinweise auf ihr enormes Alter wurden bereits 2008 veröffentlicht. Damals ergaben Isotopenanalysen ein mögliches Alter von bis zu 4,3 Milliarden Jahren, was das Gestein älter machen würde als alles andere, das bislang in Zusammenhang erhalten auf der Erde gefunden wurde.

Die damaligen Altersbestimmungen basierten auf Samarium-Neodym-Isotopensystemen – eine etablierte Methode, deren Ergebnisse aber damals noch Unsicherheiten aufwiesen. Zwei verschiedene Zerfallsreihen, die eigentlich konsistente Daten liefern sollten, ergaben widersprüchliche Werte. Diese Abweichungen führten zu Skepsis in der Fachwelt und ließen Zweifel an der 4,3-Milliarden-Jahre-Hypothese aufkommen.

In der neuen Studie von einem Team um Jonathan O’Neil von der Universität Ottawa wurden nun jedoch jüngere, mafische Intrusionen untersucht, die in das mutmaßlich ältere Wirtsgestein eingedrungen sind. Die Logik: Wenn sich deren Alter zuverlässig bestimmen lässt, muss das umgebende Gestein zwangsläufig älter sein. Die Ergebnisse zeigen eine bemerkenswerte Übereinstimmung zwischen den langlebigen und kurzlebigen Samarium-Neodym-Isotopen – beide Datierungen deuten auf ein Alter von etwa 4,16 Milliarden Jahren hin. Damit gewinnt die Hypothese an Gewicht, dass das Wirtsgestein tatsächlich 4,3 Milliarden Jahre alt sein könnte.

Diese Altersübereinstimmung in einem geologisch zusammenhängenden System gilt als starkes Argument für die Echtheit der neuen Datierung. Der Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel könnte somit ein Fenster in das Hadaikum öffnen – jenes rätselhafte erste Äon der Erdgeschichte, über das nur wenig bekannt ist.

Studie: Mantelanomalien verantwortlich für Flutbasalt-Eruptionen

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Neue Studie bringt gewaltige Mantelanomalien mit Flutbasalt-Eruptionen in Verbindung die Massensterben verursachten

Im Laufe der Geschichte des Lebens auf der Erde kam es alle paar hundert Millionen Jahre zu gewaltigen Aussterbeereignissen, die einen Großteil des Lebens auslöschten und somit Platz für einen Neustart schafften. Mindestens eines von sieben bekannten Großereignissen hing mit gewaltigen Vulkaneruptionen zusammen, die gut zwei Millionen Jahre andauerten und große Teile des heutigen Sibiriens mit Lava überfluteten. Dabei entstand ein Plateau aus Basaltgestein, das als Sibirischer Trapp bekannt ist. Es kam zu klimatischen Umwälzungen, in deren Folge vor etwa 252 Millionen Jahren fast alles Leben zu Wasser, zu Lande und in der Luft ausstarb. Erst vor rund 65 Millionen Jahren entstand im heutigen Indien der Dekkan-Trapp – ihm wird eine Mitschuld am Verschwinden der Dinosaurier gegeben.

Angesichts dieser unvorstellbaren Naturgewalten sind Forscher auf der ganzen Welt bemüht, herauszufinden, wie es zu solchen Supereruptionen kommen konnte – und natürlich, ob sie sich heutzutage wiederholen könnten.

Die Lage der Blobs

Ein internationales Forschungsteam hat nun neue Hinweise auf den Ursprung der größten Vulkanausbrüche der Erdgeschichte gefunden. Das Team um Annalise Cucchiaro von der University of Wollongong in Australien untersuchte die beiden schon länger bekannten „Large Low-Shear-Velocity Provinces“ (LLSVPs), die sich unter dem Pazifik und unter Afrika befinden. Die Forscher griffen auf Daten der seismischen Tomografie zurück und führten verschiedene Computersimulationen durch. Sie kamen zu dem Schluss, dass es sich bei den Provinzen – in denen sich durch Erdbeben erzeugte Scherwellen langsamer ausbreiten als im umgebenden Mantelmaterial – um Anomalien im tiefen Erdmantel handelt, in denen das Gestein zwischen 150 und 300 Grad heißer ist als das umgebende Mantelmaterial.

Es handelt sich also um mehrere tausend Kilometer große Zonen aus plastischem Gestein, die riesigen Blasen ähneln und daher BLOBS genannt werden. Computersimulationen ergaben, dass die Dichte der BLOBS trotz der höheren Temperatur um etwa 1,5 Prozent größer ist als die des übrigen Mantelgesteins in gleicher Tiefe. Die BLOBS gelten als Geburtsregionen der Mantelplumes, die für einen Großteil des Hotspot-Vulkanismus verantwortlich sind. Von hier aus könnten über Hunderte Millionen Jahre hinweg jene Mantelplumes aufgestiegen sein, die an der Erdoberfläche zu den verheerenden Vulkanausbrüchen der Flutbasaltprovinzen führten.

Zusätzlich analysierte das Team verschiedene Mantelströmungsmodelle, in denen sich diese BLOBS bewegen und verformen. Besonders auffällig: In den Modellen entstehen Mantelplumes bevorzugt entweder direkt über dem Inneren dieser BLOBS oder am Rand – je nachdem, wie stark sie sich neigen. Die Studie zeigt, dass viele historische Eruptionen in einem Umkreis von nur fünf Grad um die Ränder der beiden BLOBS stattfanden. Das deutet darauf hin, dass Plumes nicht zwingend vertikal aufsteigen, sondern leicht geneigt verlaufen können.

„Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass diese basalen Mantelstrukturen dynamisch sind – sie verformen sich und bewegen sich über geologische Zeiträume hinweg. Und genau aus ihrem Inneren steigen bevorzugt Mantelplumes auf“, erklärt Cucchiaro. Überraschend sei auch, dass nicht nur die klassischen „Plume-Köpfe“, also die besonders großen Magmapulse, sondern auch kleinere, langlebige Ausbrüche – sogenannte Plume-Schwänze – mit den BLOBS in Verbindung stehen.

Die Frage, ob von diesen Mantelanomalien auch heute noch eine Gefahr ausgeht, beantwortet die Studie nicht direkt. Dennoch scheint es so zu sein – denn die „Large Low-Shear-Velocity Provinces“ wurden mit modernen Methoden nachgewiesen und gelten als aktiv. Zudem liegt das Zentrum der pazifischen Anomalie unter Hawaii und könnte mit dem dortigen Hotspot-Vulkanismus in Verbindung stehen. Der Blob unter Afrika hat zwei Ausläufer; einer liegt östlich und reicht bis unter das Rift Valley.

(Quelle: https://www.nature.com/articles/s43247-025-02482-z)

Rotes Meer: Schauplatz einer Ozeangeburt

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Zwischen Grabenbruch und Ozean: Wie das Rote Meer die Geburt eines Weltmeeres offenbart

Das Rote Meer ist nicht nur Taucherparadies und wichtiger Schifffahrtsweg, sondern auch von enormer geologischer Bedeutung, denn tief unter der Wasseroberfläche des Roten Meeres findet ein besonderes Schauspiel statt: Die Geburt eines neuen Ozeans – und das schneller, als angenommen. Lange Zeit dachte man, dass das Rote Meer ein Binnenmeer ist, das erste Anzeichen zur Entwicklung in Richtung Ozean zeigt. Mehrere geophysikalische Studien belegen inzwischen jedoch, dass sich entlang des gesamten Roten Meeres bereits vor rund 13 Millionen Jahren ozeanische Kruste zu bilden begann. Damit reicht der Beginn der Ozeanbildung deutlich weiter zurück, als frühere Modelle vermuteten. Statt eines noch jungen, riftartigen Beckens zeigt sich das Rote Meer heute als bereits weiter entwickelter Ozean mit einem mittelozeanischen Rücken und stellt damit ein Lehrbuchbeispiel für den Übergang von kontinentaler Dehnung mit einer Krustenausdünnung zu echter Ozeanspreizung dar.

Seit einiger Zeit gilt das Rote Meer als geologisches Sondergebiet. Der schmale Meeresarm zwischen Afrika und der Arabischen Halbinsel markiert die Trennlinie zwischen der Nubischen und der Arabischen Platte. Hier driftet die Erdkruste auseinander, und entlang des Grabenbruchs tritt kontinuierlich frisches Magma empor, das beim Erkalten neue Kruste bildet. Dieses Prinzip ist aus der Theorie der Plattentektonik bekannt, doch nur an wenigen Orten auf der Erde lässt sich ein Ozean in so frühem Entwicklungsstadium beobachten wie hier.

Dennoch war lange unklar, wie weit dieser Prozess tatsächlich fortgeschritten ist. Die dicken Sedimentschichten und mächtigen Salzablagerungen, die den Meeresboden bedecken, erschweren geophysikalische Untersuchungen. Klassische Messungen liefern unter diesen Bedingungen kaum verwertbare Ergebnisse. Erst eine neue Generation von Datensätzen, die mit neusten Messmethoden gewonnen wurden – darunter hochauflösende Bathymetrie, seismische Profile und vor allem vertikale Schweremessungen – ermöglicht nun einen tieferen Blick unter die Sedimentdecke.

Das Bild, das sich dabei ergibt, verändert die bisherigen Vorstellungen grundlegend. Die jüngsten Studien zeigen, dass sich entlang der gesamten Länge des Roten Meeres durchgehende Strukturen finden, wie man sie auch aus anderen Regionen mit echter Ozeanspreizung kennt – etwa aus dem Mittelatlantik südlich von Island oder dem Gakkel-Rücken in der Arktis. Charakteristisch sind dabei langgestreckte vulkanische Rücken, steile Bruchzonen und lineare Schwereanomalien, die auf durchgängige magmatische Aktivität hindeuten. Auch sogenannte „Segmentation Trails“, Spuren älterer vulkanischer Aktivität neben der zentralen Spreizungszone, konnten in den Schwerefelddaten identifiziert werden.

Diese Strukturen sind Belege dafür, dass das Rote Meer längst kein bloßer kontinentaler Grabenbruch mehr ist, sondern ein echtes ozeanisches Becken. Seine tektonische Entwicklung steht damit auf einer Stufe mit etablierten Ozeanen – wenn auch in einem frühen Abschnitt ihrer Lebensgeschichte.

Die Prozesse im Roten Meer lassen sich zudem in einen größeren geologischen Zusammenhang einordnen. Südlich setzt sich die Zone aktiver Kontinentalspaltung im Ostafrikanischen Graben fort – dem Rift Valley –, wo sich der afrikanische Kontinent allmählich in mehrere Teile aufspaltet. Auch dort beobachten Geowissenschaftler eine Kombination aus tektonischer Dehnung und vulkanischer Aktivität, die langfristig zur Bildung neuer Ozeanbecken führen kann.

Eine direkte Verbindung besteht außerdem zum Golf von Aden, wo sich die tektonische Spreizungszone des Roten Meeres fortsetzt. Dort bewegen sich die Afrikanische und die Arabische Platte weiter auseinander, begleitet von der Entstehung junger ozeanischer Kruste. Gemeinsam mit dem Roten Meer bildet der Golf von Aden ein zusammenhängendes System aktiver Plattengrenzen, das im frühen Stadium eines neuen Ozeansystems steht – dem sogenannten „Afro-Arabischen Ozean“. Während im Rift Valley die Öffnung erst beginnt, hat sich im Golf von Aden bereits eine klar erkennbare mittelozeanische Struktur etabliert. Das Rote Meer liegt genau zwischen diesen beiden Entwicklungsstufen – ein tektonischer Übergangsraum, der die Dynamik ozeanischer Entstehung in Echtzeit dokumentiert.

Äthiopien: Afar-Dreieck durch Mantelplume geformt

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Die Tiefebene des Afar-Dreiecks grenzt am Roten Meer und dem anschließenden Golf von Aden. © WIKIPEDIA

Magma aus der Tiefe –  Wie ein Mantelplume das Afar-Dreieck in Ostafrika formt

Tief unter dem Afar-Dreieck in Ostafrika brodelt eine geodynamische Kraft, die die Landschaft dramatisch verändert: Ein Mantelplume ist maßgeblich für die vulkanische Aktivität der Region verantwortlich und bedingt ein Aufreißen der Erdkruste und die Bildung eines Riftsystems. Dieses Rift könnte sich zu einem neuen Ozean weiten, so wie es bereits an 2 anderen divergenten Gräben der Region passiert ist: dem Roten Meer und dem Golf von Aden.

Lavasee Erta Alé im Jahr 2008. © MS

Wissenschaftler um Emma Watts von der University of Southampton fanden nun heraus, dass der Mantelplume nicht nur für die beginnende Öffnung des Afar-Dreiecks verantwortlich ist, sondern auch die beiden anderen Gräben entstehen ließ. Unter dem Afar-Dreieck stoßen diese drei tektonischen Nähte zusammen und bilden eine Dreierkreuzung – mit ein Grund, warum die Vulkane des Afar-Dreiecks zu den aktivsten der Welt zählen. Während der Prozess der Riftbildung im Afar-Dreieck noch am Anfang steht und die Kruste hier überwiegend kontinentaler Natur ist, sieht es mit dem Boden des Roten Meeres und des Golfs von Aden anders aus: Hier öffneten sich die Rifts bereits so weit, dass der Boden die chemische Signatur eines Ozeans trägt.

Das Forscherteam hat über 130 Proben junger Vulkane aus allen drei Riftzonen untersucht. Ihre geochemischen Analysen zeigen, dass der darunterliegende Mantel von einer einzigen, jedoch räumlich und chemisch heterogenen Zone besteht, in der heißes Mantelmaterial aus großer Tiefe aufsteigt. Interessanterweise wiederholen sich geochemische Muster über die Rifts hinweg und prägen der Erdkruste eine in Streifen verlaufende Signatur auf – ein Hinweis darauf, dass alle drei Spaltensysteme von derselben Quelle gespeist werden. Statistische Modellierungen mit Splines und K-Means-Analysen stützen diese Hypothese. Doch die Zonen gleicher chemischer Signaturen im Gestein sind unterschiedlich breit, ein Indiz dafür, dass die Öffnung der Rifts unterschiedlich schnell verläuft.

Nicht allein der Aufstieg des heißen Mantelmaterials bestimmt, wo und wie viel Schmelze an die Oberfläche gelangt. Auch die Tektonik spielt eine aktive Rolle. So ist die Dehnungsrate im Rotmeer-Graben mehr als doppelt so hoch wie im Äthiopischen Hauptgraben (MER). Gleichzeitig ist die Kruste unter dem MER deutlich dicker. Diese Unterschiede führen zu einem „Flaschenhals-Effekt“: Während das Material im Roten-Meer-Rift leichter aufsteigen kann, staut es sich unter dem MER, wo der lithosphärische Deckel dicker ist. Dadurch unterscheiden sich nicht nur die Menge, sondern auch die Zusammensetzung des Vulkangesteins in den jeweiligen Zonen.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Mantelplumes nicht isoliert, sondern im Zusammenspiel mit der überlagernden Plattentektonik entwickeln. Ein Plume ist also kein starrer Aufzug für Magma, sondern ein dynamisches System, das durch die Bewegung der Erdplatten geformt wird. Damit liefert das Afar-Dreieck nicht nur einen Blick in die vulkanische Zukunft Ostafrikas, sondern auch einen Schlüssel zum besseren Verständnis globaler geodynamischer Prozesse – bis hin zur Geburt neuer Ozeane.

Zu Anfang des Jahres wurden wir Zeugen der Wehen dieses Geburtsvorgangs, als sich im Süden des Afar-Dreiecks ein großer magmatischer Gang bildete. Die Gangbildung ging vom Vulkan Fentale aus und sorgte auf einer Strecke von über 30 Kilometern für starke Erdbeben und die Entwicklung verschiedener hydrothermaler Phänomene, die sich bis zum Vulkan Dofan erstreckten. Außerdem zeugt die Aktivität des Vulkans Erta Alé von der Geburt eines neuen Ozeans.