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.

Studie über Glasfaserkabel zur Vulkanüberwachung

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Internationales Forscherteam benutzte Glasfaserkabel zur seismischen Vulkanüberwachung

Dass die Seismizität eines Vulkans ein wichtiges Instrument zu deren Überwachung ist und dass mit Hilfe vulkanisch-bedingter Erdbeben sogar Vulkanausbrüche vorhergesagt werden können, ist den meisten Lesern von Vulkane.net bekannt. Normalerweise werden hierfür Seismometer verwendet, die extra am Vulkan installiert werden müssen. Um dann noch eine räumliche Vorstellung über den Ort der Erdbeben in der Tiefe zu bekommen, bedarf es eines aufwendigen Netzwerks von Seismografen, dessen Installation, Pflege und Überwachung teuer ist. Mit einem genügend dichten seismischen Netzwerk kann man die Lage der Hypozentren genau lokalisieren und mit Hilfe von Computerprogrammen visualisieren. Daraus entwickelte sich in den letzten Jahren das Verfahren der seismischen Tomografie, mit dessen Hilfe man sogar die Lage von Magmenkörpern und Förderschloten darstellen kann.

Seit einigen Jahren probieren Wissenschaftler aus, bestehende Infrastruktur zur Erdbeben-Detektion zu benutzen. Gemeint sind hiermit Glasfaserkabel der Telekommunikation, die in der Lage sind, niederfrequente Erdbebenschwingungen zu registrieren. Zum ersten Mal las ich vor zwei Jahren davon, als man am Fagradalsfjall extra Glasfaserkabel vergrub um entsprechende Schwingungen zu registrieren. Ein internationales Forschungsprojekt mit Forschern des INGV, der Uni Catania und des GFZ-Potsdam testeten im vergangenen Februar die Nutzung des unterseeischen Glasfaser-Telekommunikationskabels im Bereich der sizilianischen Vulkaninsel Vulcano. Zur Anwendung kam eine neue Technologie, die DAS-(Distributed Acoustic Sensing) genannt wird. Auf einer Länge von 16 km wurden die Verspannungen und Dehnungen der Glasfasern gemessen, die aufgrund von Bodenbewegungen und Erschütterungen im Kabel entstanden. Die Verspannungen im Kabel äußern sich in einer geringen Längenänderung der Glasfaser. Diese wurde mit Hilfe eines Laser-Lichtimpulses gemessen, der durch einen freien Glasfaserstrang des Kabels gesendet wurde. Die Streuung des reflektierten Laserimpulses lässt Rückschlüsse auf die Längenänderung des Kabels zu. So entstand eine riesige Datenmenge, die mit Hilfe einer KI und neu entwickelter Algorithmen ausgewertet wurde.

Die Forscher um Gilda Currenti (INGV) und Philippe Jousset (GFZ) verglichen ihre Daten aus dem DAS-Gerät mir den Signalen der herkömmlichen Erdbebenüberwachung und extrahierten aus den Daten langperiodische Erdbeben, die den Meeresgrund um Vulcano erschütterten. Das Zustandekommen der langperiodischen Erdbeben wurde von den Forschern als Erdbebensignale interpretiert, die durch Fluidbewegungen in einem Hydrothermalsystem entstanden sind und mit Entgasungen am Meeresgrund einhergingen. Also finden im Bereich von Vulcano ähnliche Prozesse statt, wie wir sie von dem Calderavulkan Campi Flegrei herkennen.

Die Forscher planen ihre Methode an anderen Vulkanen auszuprobieren. Dazu später mehr. (Quelle: GFZ Potsdam)

Schlammvulkan vor Norwegen entdeckt – News vom 11.05.23

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Forschungsboot entdeckt Schlammvulkan zwischen dem Nordkap und Spitzbergen

In der zu Norwegen gehörenden Barentsee wurde südlich von Spitzbergen ein unterseeischer Schlammvulkan entdeckt. Er befindet sich in der Nähe der Bäreninsel, die überwiegend aus präkambrischem bis triassischem Gesteinen besteht. Der Schlammvulkan liegt in 400 Metern Meerestiefe und wurde auf einer Fahrt des norwegischen Forschungsschiff Kronprinz Haakon von Forschern der Arktischen Universität Norwegens mit Sitz in Tromsø entdeckt, die mit einem Team von REV Ocean zusammenarbeiteten. Es ist der zweite Schlammvulkan der bislang in norwegischen Gewässern ausgemacht worden ist.

Anders als bei normalen Vulkanen aus Eruptivgesteinen, hat ein Schlammvulkan nur selten etwas mit magmatischen Prozessen zu tun. Oft stehen sie im Zusammenhang mit Erdöl- und Gasfeldern. Die treibende Kraft hinter solchen Schlammvulkanen ist Methangas, das den Druck erzeugt, um Fluide aus der Erde zu drücken. Um den Aufstiegskanal der Fluide sammelt sich Schlamm an, so dass ein kleiner Kegel entsteht. Der Borealis getaute Schlammvulkan könnte hier aber eine Ausnahme bilden, da er in einer 300 Meter breiten und 25 Meter tiefen Depression liegt, die von den Entdeckern als Krater beschrieben wird. Borealis selbst bildet nur einen Kegel mit 7 Metern Durchmesser und 2,5 m Höhe. Auf einem Foto ist zu erkennen, dass der Schlammvulkan Fluide ausstößt und erinnert mich ein wenig an einem Blacksmoker.

Genaues über sein geologisches Umfeld wurde nicht bekanntgegeben, doch die Lage in relativer Nähe zum Mittelatlantischen Rücken verrät, dass hier durchaus magmatische Kräfte am Werk sein könnten. Allerdings gibt es in der Nähe der Norwegischen Küste der Bartenssee auch Ölfelder, sodass beide Entstehungsmöglichkeiten des Schlammvulkans infrage kommen und die Wissenschaftler glauben, dass der Schlammvulkan durch einen natürlichen Ausbruch entstanden ist, der nach der letzten Eiszeit plötzlich große Mengen Methan freisetzte.

Magmatisch bedingte Schlammvulkane kenne ich aus den thermalgebieten von Neuseeland, vom Yellowstone Nationalpark und von Island. Methan-getriggerte Schlammspeier sind mir bislang in Indonesien (Lucy, Bleduk Kuwu) und Italien (Salse di Nirano) begegnet, an Orten die gar nicht mal soweit von Vulkanen entfernt liegen.

Neuer Katalog mit Unterwasservulkanen erstellt

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Forscher entdecken mehr als 19.000 unbekannte Unterwasservulkane

Auf der Erde gibt es ungefähr 1900 Vulkane, die als potentiell aktiv eingestuft werden und nach einer Aufwärmphase jederzeit mit einer Eruption beginnen könnten. Als potentiell aktiv gilt ein Vulkan, wenn er in den letzten 10.000 Jahren wenigstens einmal ausgebrochen ist. Dabei ist auch klar, dass es eine Reihe von Vulkanen gibt, die nach weitaus längeren Ruhezeiten wieder ausbrechen könnten. Seit einiger Zeit nehmen Wissenschaftler an, dass es am Grund der Ozean eine noch weitaus größere Zahl aktiver Vulkane geben könnte, als die bis jetzt bekannten. Eine neue Studie bestätigt die Hypothese und enthüllte mehr als 19.000 bis dato unbekannte Unterwasservulkane. Wie viele von ihnen laut Definition als potentiell aktiv eingestuft werden müssen, bleibt allerdings weiter im Verborgenen.


Die 19.000 submarinen Vulkane wurden im Rahmen einer Radar-Kartierung am Grund der Weltmeere aufgespürt. Zusammen mit den bereits bekannten 24.000 Seamounts einer vergleichbaren Messkampagne aus dem Jahr 2011 wurden sie in einem neuen Katalog zusammengefasst, der jüngst in der Zeitschrift Earth and Space Science veröffentlicht wurde.

Ein internationales Forscherteam wertete die Messungen aus, die u.a. mit neuen CryoSat-2-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und mit dem SARAL-Erdbeobachtungssatelliten der indischen- und der französischen Weltraumagenturen gemacht wurden. Mit Hilfe der Messungen konnten Unterwasservulkane aufgespürt werden, die sich mindestens 1.100 Meter über dem Meeresgrund erheben. Im Umkehrschluss besagt das aber auch, dass noch unzählige kleinere Seamounts unentdeckt geblieben sind.

Bis jetzt wurden nur ein Viertel der Meeresböden mit Hilfe von Sonar genau kartiert. Nur ca. 16.000 von den per Satellit entdeckten 43.000 Seamounts sind überhaupt mit Sonargeräten erfassbar. Die bislang unentdeckten Unterwasservulkane stellten eine Gefahr für U-Boote dar, die bei ihren Tauchgängen mit den Unterwasserhindernissen zusammenstoßen könnten. Tatsächlich gab es im Jahr 2005 einen entsprechenden Vorfall, als das US-amerikanische Atom-U-Boot USS San Francisco gegen einen Seamount prallte. Ein Crewmitglied starb dabei. Auch im Jahr 2021 kollidierte ein U-Boot (USS Connecticut) mit einem Unterwasservulkan im südchinesischem Meer, wobei es beschädigt wurde.

Natürlich weckt die Entdeckung von so vielen Unterwasservulkanen auch Begehrlichkeiten von Tiefseebergbauunternehmen, denn in der Nähe von Vulkanen warten viele mineralische Rohstoffe auf ihre Entdeckung. Ihr Abbau erfolgt zu Ungunsten der Meeresbewohner, von denen sich einige Arten auf die Umgebungen submariner Vulkane spezialisiert haben. (Quelle der Studie: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2022EA002331)

Erdbeben-Studie zur Cascadia-Störungszone

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Neue Sorge vor Mega-Erdbeben an der Cascadia-Subduktionszone wegen Fluid-Austritt

Wahrscheinlich ist es dem Erdbeben Mw 5,8 geschuldet, dass sich vor zwei Tagen vor dem kanadischen Vancouver Island ereignete, dass die amerikanischen Medien nun wieder die Angst vor einem Megabeben an der großen Störungszone thematisieren, denn Ansonsten wäre die Meldung von Forschern der Universität Washington klanglos verpufft. Sie machten auf ein Phänomen am Meeresboden vor der Pazifikküste aufmerksam, das seit 2015 bekannt ist und damals als eine Reihe von Löchern im Ozeanboden abgetan wurde. Doch aus den Löchern strömt ein Fluid, das sich in Wasserschlieren bemerkbar macht. Mich erinnern die Löcher and die Münder von Fumarolen oder eines Black Smokern, aus denen hydrothermale Lösungen austreten.

Aufgespürt wurden die mysteriösen Löcher auf einer Fahrt des Forschungsschiffs Thomas G. Thompson. Die Forscher tasteten den Ozeanboden mittels Sonar ab und stießen eher zufällig auf das Phänomen. Die Löcher erstrecken sich auf einer Länge von gut 1 km und befinden sich in 1200 m Wassertiefe in gut 80 km Entfernung zur Küste.

Die Wissenschaftler schenkten dem Phänomen nun neue Aufmerksamkeit und ihre aktuelle Situationsanalyse kommt zu dem Schluss, dass aus der Lochreihe ein Fluid austritt, dass in der Ozeankruste an der Cascadia-Störungszone als Schmiermittel fungieren könnte und für ein reibungsloses aneinander vorbeigleiten der Platten verantwortlich sein könnte. Die Sorge besteht darin, dass durch das Austreten des Fluids das Schmiermittel in der Tiefe der Störungszone knapp wird und sich die Platten verhaken können. Solche Verhakungen sorgen für einen starken Spannungsaufbau in der Erdkruste, der sich dann explosionsartig in einem Erdbeben entladen könnte. Schon seit langem weiß man, dass sich entlang der Cascadia-Störungszone ein Starkbeben mit Magnituden im achter Bereich ereignen können und sogar ein Beben mit der Magnitude neuen kann man nicht ausschließen. Betroffen könnten Metropolen wie Vancouver (Kanada) und Seattle (USA) sein, die weniger Kilometer hinter der Störungszone liegen.

Die Flüssigkeitsschwaden sind etwa 9 °C wärmer als das umgebende Wasser, daher vermuten sie, dass sie aus etwa 4 km unter dem Meeresboden stammen, wo sich der Cascadia-Megathrust befindet. In dieser Tiefe werden die Temperaturen auf 150 bis 250 °C geschätzt. Die Analyse der Flüssigkeit ergab, dass sie sehr hohe Mengen an Bor und Lithium enthält, während die Mengen an Chlorid, Kalium und Magnesium gering sind. „Das ist etwas, das ich noch nie gesehen habe und, soweit ich weiß, noch nie zuvor beobachtet wurde“, sagte Dr. Evan Solomon, Co-Autor der Studie und Professor für Ozeanographie an der Universität von Washington, in einer Pressemitteilung.

Die Cascadia-Verwerfung erstreckt sich über eine Länge von 1100 km an der Pazifikküste Nordamerikas. Hier wird die ozeanische Yuan-de-Fuca-Platte unter die Platte des Nordamerikanischen Kontinents subduziert. Sie verläuft vor der Südküste Kanadas und reicht hinab bis nach Nordkalifornien, wo sie auf die San-Andreas Verwerfung trifft. Die Cascadia-Verwerfung ist für den Vulkanismus der Kaskaden-Vulkane mitverantwortlich, denn durch partielles Schmelzen der subduzierten Yuan-de-Fuca-Platte entsteht ein Großteil des Magmas, das als Lava an den Vulkanen wie Mount St. Helens austritt. Ein starkes Erdbeben könnte hier auch einen Vulkanausbruch triggern.

Vulkan Pico del Teide – Neue Studie

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Erdbeben und Deformtion am Pico del Teide auf Teneriffa

Dass der Vulkan der Kanareninsel Teneriffa nicht erloschen ist, ist kein Geheimnis, doch neue Studien haben Hinweise entdeckt, dass sich der Vulkan auf eine Eruption vorbereiten könnte.

In den letzten Tagen gab es ein kleines Schwarmbeben unter dem Pico del Teide. Und nicht nur dort bebte es, sondern auch im Bereich des Unterwasservulkans Emnedio. Das stärkste Einzelbeben dort brachte es auf eine Magnitude von 2,8. Außerdem stellten man fest, dass es eine schwache Bodendeformation im Bereich des Pico del Teide gibt. Je nach Quelle fällt diese unterschiedlich stark aus. Während in einigen Berichten von einigen Millimetern Bodenhebung die Rede ist, sprechen andere Quellen von 1 bis 2 Zentimetern Bodenhebung. Die Forscher sind sich aber einig, dass es einige blasenartige Magmenkörper zu geben scheint, die von einem größeren Magmenkörper in mehr als 10 Kilometer Tiefe ausgehen und langsam aufsteigen. Die obersten Magmablasen sind inzwischen in 5 km Tiefe angekommen. Dort reift das Magma und differenziert möglicherweise zu einer phonolitischen Schmelze, wie sie typisch für die Eruptionen des Pico del Teide ist. Die Wissenschaftler meinen, dass Beben und Deformation durch die aufsteigenden Magmablasen verursacht werden und Anzeichen dafür sind, dass sich der Vulkan auf eine Eruption vorbereiten könnte. Verstärken sich diese Signale, dann wird man einen preeruptiven Alarm geben müssen.

Das ist die Quintenz einer Studie an der mehrere internationale Forschergruppen beteiligt sind. Sie stammten vom Institut für Erdölgeologie und Geophysik in Nowosibirsk in Russland, dem Vulkanologischen Institut der Kanarischen Inseln (INVOLCAN) und der Universität Granada. Sie durchleuchteten den Untergrund von Teneriffa mithilfe einer Methode, die als seismische Tomographie bekannt ist: Die Daten Tausender Mikroerdbeben unter Teneriffa wurden analysiert, indem man die Laufzeitunterschiede der Erdbebenwellen untersuchte. Diese lassen Rückschlüsse über die Beschaffenheit des Untergrunds zu. Mit Hilfe einer Computeranalyse lässt sich ein 3-D-Modell erzeugen, das Zonen von Material unterschiedlicher Dichte visualisiert. So entdeckte man die Magmenkörper unter dem Vulkan.

(Quelle: Journal of Geophysical Research-Solid Earth [https://doi.org/10.1029/2022JB025798])

Vulkan Maat Mons auf der Venus

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Neue Auswertung alter Radarbilder der Venus lässt aktiven Vulkan vermuten

Auf der Venus ist es höllisch heiß, was größtenteils der dichten Treibhausgas-Atmosphäre geschuldet ist, die zum überwiegenden Teil aus Kohlendioxid besteht. Doch nun fanden Wissenschaftler heraus, dass unser Nachbarplanet auch noch vulkanisch aktiv sein könnte.

Zu dieser Erkenntnis gelangten die Forscher Robert Herrick und Scott Hensley von der University of Alaska in Fairbanks, als sie radaraufnahmen der Venusoberfläche untersuchten, die im Rahmen der Magellan-Mission zwischen den Jahren 1989 bis 1994 gemacht wurden. Dabei stellten sie fest, dass sich der Krater des 8 km hohen und damit höchsten Venusvulkans Maat Mons innerhalb weniger Monate verändert hatte. Die Veränderungen wurden sichtbar, als sie zwei Aufnahmen verglichen, die im Februar 1991 und Oktober 1991 entstanden waren. Auf der ersten Aufnahme hatte der kreisförmige Krater eine Fläche von 2,2 Quadratkilometern. Auf der Vergleichsaufnahme verdoppelte sich die Kraterfläche fast und maß 4 Quadratkilometer. Zudem war sein Umriss nicht länger kreisförmig, sondern unregelmäßig. Die Forscher deuteten die Veränderung so, dass sich im Krater zunächst ein Lavasee gebildet hatte, der dann ausgelaufen war und ein Lavafeld bildete.

Bereits frühere Untersuchungen der Venusoberfläche hatten ergeben, dass es auf der Venus Zehntausende vulkanische Strukturen gibt, doch vor wenigen Jahren ging man noch davon aus, dass der Vulkanismus auf der Venus erloschen sei. Grund für diese Annahme war, dass man davon ausging, dass die Venus tektonisch „tot“ sei, denn man fand keine Hinweise auf plattentektonische Prozesse. Auch das sehr schwache Magnetfeld der Venus sprach für diese These. Doch im Jahr 2015 wurden sieben Jahre alte Daten der Mission „Venus Express“ ausgewertet und man entdeckte thermische Anomalien mit Temperaturen von bis zu 830 Grad Celsius. Bereits damals vermutete man einen vulkanischen Ursprung der Thermalstrahlung.

Wie allerdings der Vulkanismus auf der Venus zustande kommt, ist ungeklärt. Zwar vermutet man, dass unser Nachbarplanet wie die Erde über einen Kern aus Nickel und Eisen verfügt, doch dieser dürfte weitaus kleiner als der irdische Erdkern sein. Dafür soll der Venusmantel mächtiger sein als der Erdmantel. Das Fehlen von plattentektonischen Prozessen legt aber nahe, dass es im Venusmantel keine Konvektion plastischen Gesteins gibt. Auch Prozesse, die zum partiellen Schmelzen von Mantelmaterial führen, sind ohne Plattentektonik schwer vorstellbar. Ob radioaktiver Zerfall und erhöhter Druck dazu ausreichen, ist ungewiss. So muss man die Schmelzentstehung auf der Venus neu denken, was vielleicht auch neue Erkenntnisse in Bezug auf irdische Schmelzentstehung mit sich bringen könnte.

(Quelle: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm7735)

Vulkan Colima mit neuer Studie im Februar 2023

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Studie modelliert 3D-Darstellung des Magmensystems unter dem Colima-Vulkankomplex

Eine neue Studie mexikanischer Geowissenschaftler vom „Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica“ befasst sich mit dem Colima-Vulkankomplex in Mexiko. Ziel der Studie war es, ein 3-D-Bild der Magmenkörper und des Fördersystems unter den Vulkanen zu erstellen und herauszufinden, wie sie im Untergrund miteinander verbunden sind.

Der Colima-Vulkankomplex besteht aus drei Stratovulkanen, von denen der Volcán de Colima der jüngste und aktivste ist. Er ist in seinem unteren Flankenbereich über einen Grat mit dem älteren und höheren Nevado de Colima verbunden, der in historischen Zeiten aber nicht eruptierte und wahrscheinlich inaktiv ist. Etwas abseits des Ensembles liegt der inaktive Vulkan El Cántaro, der aufgrund seiner Lage am Nordende des Colima-Grabens zum Komplex gezählt wird.

Entlang des Colima-Grabens treffen zwei verschiedene Gesteinsblöcke aufeinander. Bei ihnen handelt es sich um den Jalisco-Block und den Michoacán-Block. Die Vulkanreihe ist auf der Nord-Süd verlaufenden Tamazula-Verwerfung aufgereiht, die die Naht zwischen den Blöcken markiert, wobei sich das Eruptionszentrum im Laufe der Zeit nach Süden verlagerte. Dementsprechend ist der El Cántaro der älteste Vulkan des Trios und inaktiv. Bis jetzt wurde angenommen, dass sich das magmatische System des Komplexes unterirdisch in die gleiche Richtung verlagerte wie das oberirdische Eruptionszentrum. Die Vulkane sollten von vertikal verlaufenden Gängen gespeist werden. Ob das wirklich so ist, wollten die Wissenschaftler der Studie unter Leitung von Guevara-Betancourt genauer untersuchen. Dazu wandten sie verschiedene Verfahren an, um ein 3D-Modell des Untergrundes zu erzeugen. Es wurden gravimetrische- und geomagnetische Daten mit Hilfe des Spektralverfahrens einer Werner-Dekonvolution analysiert. Mit dieser Methode ist es möglich, ebene Grenzflächen von Gesteinsschichten im Untergrund aufzuspüren. Die dabei verwendeten geomagnetischen Daten wurden mit Hilfe von Flugzeugen und Satelliten gesammelt und werden daher auch aeromagnetische Daten genannt.

Magmensystem unter dem Colima-Komplex. © Journal of Volcanology and Geothermal Research/ Randall Guevara-Betancourt u.a.

Das neue 3D-Modell enthüllt, dass Magmenkörper und Fördersystem aus einer breiartigen Schmelze bestehen, in der es eine Zone kristallreicher Magmenspeicherung gibt. Diese Zone liegt unter dem El Cántaro am tiefsten und steigt in einem relativ flachen Winkel in Richtung des jüngsten Glieds der Kette nach Süden hin langsam auf. Überraschenderweise schießt die Schmelzzone aber über den Volcán de Colima im Süden hinaus und läuft in einem Bogen zurück. Im Wesentlichen folgt die Schmelzzone des Magmensystems der westlichen Grenze des Michoacán-Blocks. Man kann annehmen, dass sie den Bruchprozessen des Grabens folgte. Das Magma nutzte die tektonischen Risse als Migrationswege und stieg nicht einfach aufgrund des Dichteunterschieds senkrecht auf. Während der Migration bildeten sich auf verschiedenen Ebenen flache Magmenreservoirs. Das Model zeigt aber auch vertikal aufsteigende Schmelzzonen unter dem als erloschen geltenden Nevado de Colima, wobei unklar ist, wie viel eruptionsfähige Schmelze im Magmensystem dort noch enthalten ist. Eruptionsfähige Schmelze sammelte sich im oberen Erdkrustenbereich unter dem aktiven Vulkan Colima. Dort wartet es darauf eruptiert zu werden. (Quelle: sciencedirect.com)

Neue Studie enthüllt Schmelzschicht

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Unter der Erdkruste wurde eine Schicht aus Schmelze entdeckt

Eine neue Studie von Wissenschaftlern der Universität Texas enthüllt eine Schicht aus teilweise geschmolzenem Gestein unter der Erdkruste. Sie befindet sich in einer Tiefe von gut 150 Kilometern und liegt somit in der Asthenosphäre. Diese bildet die Grenzschicht zwischen Erdkruste und Erdmantel. Schon früher vermutete man so eine Schmelzschicht, doch bis jetzt waren nur begrenzte Schmelzzonen bekannt.

Schon relativ lange diskutiert die Wissenschaft über die Möglichkeit einer solchen Schicht und ihren Einfluss auf die Plattentektonik. Man stellt sich die Frage, ob die Erdkrustenplatten auf einer Schicht aus Schmelze treiben. Generell wird diskutiert, ob der Asthenosphäre diese Rolle zukommt, da sie eine geringere Dichte als Mantelmaterial hat.

Schmelzschicht in der Asthenosphäre. © Credit: Junlin Hua/UT Jackson School of Geosciences

Der Leiter der Studie Postdoktorand Junlin Hua von der Jackson School of Geosciences an der Universität Texas meint, dass der Einfluss des Schmelzanteils in der neuentdeckten Schicht auf die Plattentektonik nicht nachweisbar sei. Sie würde den Fluss des plastischen Mantelgesteins nicht wesentlich beeinflussen. Demnach bleiben die Konvektionsströme des Erdmantels Motor der Plattentektonik.

Ich kann mir dennoch vorstellen, dass die Schmelzschicht wie eine Art Schmiermittel zwischen Erdkruste und Erdmantel fungiert, selbst wenn die Schmelze eine relativ hohe Viskosität haben sollte und nur partiell vorhanden ist. Wie es zur Bildung der Schmelze in 150 km Tiefe kommt, ist noch unklar. Möglicherweise spielen Reibung und Wassereintrag eine Rolle.

Junlin Hua kam der neuen Schmelzschicht auf die Spur, als er Seismogramme der Türkei auswertete. Er entdeckte Laufzeitunterschiede von Erdbebenwellen, die auf die Schmelze hindeuteten und untersuchte daraufhin Seismogramme anderer Regionen, wo er die gleiche Anomalie entdeckte. Immer wenn eine Erdbebenwelle Material unterschiedlicher Dichte durchläuft, ändert die Welle ihre Geschwindigkeit. Schmelze ist deutlich weniger dicht als festes Gestein und daher verlangsamt sich eine Erdbebenwelle signifikant. der Fachmann spricht dann von einer „low-velocitiy-zone“ also einer Zone mit verringerter Geschwindigkeit.

Studien-Co-Autor Thorsten Becker sagte, dass man nicht ganz ausschließen könne, dass die lokale Schmelze keine Rolle bei der Plattentektonik spielt. Aber er meint: „Die Entdeckung bringt uns dazu, diese Beobachtungen von Schmelze als einen Marker für das zu sehen, was in der Erde vor sich geht, und nicht unbedingt als aktiven Beitrag zu irgendetwas.“

Worauf die Forscher in ihrer Arbeit nicht näher eingegangen sind, ist die Rolle der Schmelze auf den Vulkanismus. Ich stelle mir die Frage, ob nicht ein Teil des Magmas, das an Vulkanen eruptiert wird, aus dieser Schmelzschicht stammen könnte. In diesem Zusammenhang, habe ich schon öfters auf Erdbeben in ca. 170 km Tiefe verwiesen, die gehäuft im tyrrhenischen Meer auftreten, bevor es zu ungewöhnlichen Eruptionsphasen am Stromboli kommt. Ich kann mir vorstellen, dass sich Schmelze an tektonischen Fallen sammelt, die sich infolge von Subduktion im Untergrund bilden. (Quelle: nature.com, phys.org)

Erdkern dreht sich langsamer

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Studie entdeckt Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit des Erdkerns

Eine neue Studie chinesischer Wissenschaftler will Belege für Schwankungen der Rotationsgeschwindigkeit des Erdkerns gefunden haben. Sie soll ebensolche Schwankungen der Tageslänge erklären, die durch Anpassungen der Weltzeit korrigiert werden.

Zum Anfang des Jahrzehnts titelten viele Zeitschriften, dass die Tage kürzer werden statt länger. Die Schwankungen lagen zwar nur im Millisekundenbereich, doch sie wirkten sich auf die Weltzeit aus und man diskutierte eine Schaltsekunde. Normalerweise verlängert sich die Tageszeit jedes Jahr ein wenig, weil die Geschwindigkeit der Erdrotation abnimmt. Eine Folge der Mondgravitation, die uns abbremst. Doch wodurch die Verkürzung der Tageszeit bzw. die Beschleunigung der Erdrotation verursacht werden könnten, blieb spekulativ. Das könnte sich nun geändert haben, denn die Forscher Yi Yang und Xiaodong Song fanden heraus, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Erdkerns variiert, was weitreichende Folgen bis hin zur Beschleunigung und Abbremsung der gesamten Erde haben könnte.

Diesem Phänomen kamen die Forscher durch Untersuchungen von Erdbebenwellen auf die Spur. Sie nahmen die Daten von Erdbeben unter die Lupe, die sich in zwei unterschiedlichen Zeitabschnitten an ähnlichen Orten zutrugen. Als Perioden wählten sie die Intervalle zwischen 1995 bis 2008 und 2009 bis 2020 aus. Die Erdbebenwellen durchliefen den gesamten Planeten und passierten dabei auch den Erdkern. Sie fanden heraus, dass es während der ersten Periode Laufzeitunterschiede der Erdbebenwellen zweier Erdbeben in der gleichen Region gab, während das während der zweiten Periode kaum der Fall war. Daraus folgerten die Wissenschaftler, dass sich der Erdkern während der ersten Periode schneller drehte als der Erdmantel. In der zweiten Periode war der Unterschied der Rotationsgeschwindigkeiten deutlich kleiner, was auf eine fast gleichschnelle Rotation von Erdkern und Erdmantel hindeutet. Yi Yang und Xiaodong Song folgerten, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Erdkerns einem Zyklus unterliegt und postulierten, dass er gut 70 Jahre dauern könnte. Dieser Zyklus könnte zum Ende des letzten Jahrzehnts ausgelaufen sein und sich nun wieder beschleunigen.

Unterschiede in der Rotationsgeschwindigkeit des Erdkerns könnten sich auch auf das Erdmagnetfeld auswirken. Ob sie auch Erdbeben und Vulkanausbrüche beeinflusst, ist eine offene Frage. Kontrovers diskutierte Forschungen wollen zeigen, dass es auch hier eine gewisse Zyklizität gibt. (Quelle: nature.com)