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.

Mexiko: Forscher sagen Vulkanentstehung voraus

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Zusammenfassung:

  • Mexikanische Vulkanologen prognostizierten Entstehung eines neuen Vulkans
  • Ort der Vulkanentstehung ist das Vulkanfeld Sierra de Chichinautzin südlich von Mexiko Stadt
  • Hinweise auf Magmatismus im Untergrund liefern diffuse Kohlendioxid-Emissionen aus dem Boden
  • Eruption in 800 bis 1200 Jahren möglich

Mexikanische Vulkanlogen prognostizieren die Entstehung eines neuen Vulkans nahe Mexiko Stadt

Die Erde ist ein äußerst dynamischer Planet, dessen Entwicklung noch lange nicht abgeschlossen ist. Das ist auch wichtig, denn ohne diese anhaltenden geologischen Prozesse wäre die Erde wahrscheinlich ein lebloser Planet wie der Mars. Der Mars war möglicherweise anfangs bewohnbar, verlor jedoch vermutlich seine Atmosphäre und Ozeane, nachdem sein Inneres erstarrte, wodurch plattentektonische Aktivitäten zum Erliegen kamen und das schützende Magnetfeld zusammenbrach. Doch wie so oft liegen Schöpfung und Zerstörung nah beieinander. Daher ist es auf der Erde möglich, dass neue Vulkane entstehen, die auch Zerstörungen anrichten können. Das letzte Mal geschah dies vor 81 Jahren in Mexiko, als ein Bauer auf seinem Feld die Entstehung eines neuen Vulkans erlebte: Der Paricutín entstand im Jahr 1943 und war neun Jahre lang aktiv.

Nun haben Wissenschaftler der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko (UNAM) herausgefunden, dass in der Nähe von Mexiko-Stadt die Geburt eines neuen Vulkans bevorstehen könnte. Als wahrscheinlicher Ort wurde das Vulkanfeld der Sierra de Chichinautzin identifiziert, in dem sich zuletzt vor etwa 2.000 Jahren der Schlackenkegel des Vulkans Xitle bildete.

Die Sierra de Chichinautzin ist ein aktives Vulkanfeld, das etwa 70 km südlich von Mexiko-Stadt und in Sichtweite des bekannten Vulkans Popocatépetl liegt. Es erstreckt sich über die Bundesstaaten Mexiko und Morelos und gehört zum Transmexikanischen Vulkangürtel. Das Gebiet enthält zahlreiche Vulkane, die überwiegend monogenetische Schlackenkegel sind, also Vulkane, die nur einmal in ihrem Dasein ausbrechen.

Die Geoforscher Hugo Delgado und Roberto Villalpando haben eine Methode entwickelt, um den wahrscheinlichen Standort des nächsten Vulkanausbruchs im Vulkanfeld vorherzusagen. Diese Methode basiert auf der Überwachung diffuser Kohlendioxid-Emissionen aus dem Boden, die auf aufsteigendes Magma hinweisen, das dabei ist in die Erdkruste einzudringen. Seit 2008 überwachen die Forscher diese Emissionen in den Bezirken Tlalpan, Xochimilco und Milpa Alta. So konnten sie den möglichen Entstehungsort des nächsten Vulkans eingrenzen. Allerdings ist die Region besiedelt, da sie zu den Vororten von Mexiko-Stadt gehört. Diese Nachricht hat bei der Bevölkerung Besorgnis über einen möglichen Vulkanausbruch ausgelöst. Doch die Wissenschaftler geben Entwarnung: Ihren Berechnungen zufolge wird der neue Schlackenkegel erst in 800 bis 1.200 Jahren entstehen. Es bleibt also genügend Zeit, um entsprechende Vorsichtsmaßnahmen zu ergreifen.

Da zu Beginn der Mars erwähnt wurde, sei hier noch eine weitere Studie erwähnt: Forscher der niederländischen Universität Delft haben aufgrund neuer Messdaten herausgefunden, dass der größte Vulkan des Sonnensystems, Olympus Mons, möglicherweise noch aktiv ist und in Zukunft wieder ausbrechen könnte. Sie entdeckten unter dem Vulkan eine Region geringerer Dichte, was auf ein großes Magmenreservoir hindeutet. Wie dieses Magma jedoch entstehen konnte, wenn die planetare Dynamik gegen Null geht, bleibt rätselhaft.

Island: Magma aus verschiedenen Quellen

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Ausbruch auf der Sundhúnkur-Spalte. © Marc Szeglat

Neue Lavaprobenanalysen der Sundhnúkur-Eruptionen verblüffen Forscher – Magma stammt aus unterschiedlichen Quellen

Eine neue Studie, die gestern im Fachmagazin Science veröffentlicht wurde und über die der isländische Fernsehsender RUV berichtete, brachte Überraschendes zutage: Das Magma, aus dem die Lava der verschiedenen Ausbrüche der Sundhnúkur-Kraterreihe seit Dezember letzten Jahres stammt, kommt nicht aus einer einzigen Quelle, sondern aus mehreren verschiedenen. Dieser Umstand erfordert eine Überarbeitung des bisherigen Modells der Magmaspeicher unter Svartsengi und Fagradalsfjall. Gleichzeitig erschwert die hohe Variabilität der Schmelzzusammensetzung die Vorhersage zukünftiger Eruptionen auf der Reykjanes-Halbinsel.

An der Studie arbeiteten 20 Wissenschaftler aus verschiedenen Institutionen unter der Leitung des Geowissenschaftlichen Instituts der Universität Reykjavik zusammen. Im Rahmen der Untersuchung entdeckten sie, dass die Lava der Eruptionen nicht aus einer einzigen Magmaquelle stammt, sondern dass verschiedene Magmalinsen in der Erdkruste miteinander interagieren und so die Vulkanausbrüche auslösen.

Die Forscher untersuchten Lavaproben, die bei den ersten vier Eruptionen der Serie an verschiedenen Stellen des Lavafelds gesammelt wurden. Während sich die chemische Schmelzzusammensetzung des Basaltmagmas innerhalb einer Eruptionsphase nur wenig veränderte, zeigten sich zwischen den einzelnen Ausbrüchen deutliche Unterschiede. Die Forscher sprechen nun nicht mehr von einem einzelnen Magmenkörper, in dem sich das Magma ansammelt, sondern von einer Magmendomäne, die sich in mittleren Tiefen der Erdkruste gebildet hat.

Die unerwartete chemische Vielfalt der Schmelze macht die Vorhersage zukünftiger Eruptionen komplizierter. Zunächst war man von einer gleichmäßigen chemischen Zusammensetzung der Lava ausgegangen, doch die Ergebnisse der Studie zeigen eine viel komplexere Dynamik im Magmasystem.

Magmadomäne unter Svartsengi. © Simon Matthews, University of Iceland.

Ein in der Studie veröffentlichtes Bild veranschaulicht diese Komplexität anhand eines Querschnitts von der Erdoberfläche bis in den Erdmantel. Es wird deutlich, dass das Magma im Fagradalsfjall aus der Grenzschicht zwischen Kruste und Mantel aufgestiegen ist, während das Magma in der Sundhnúkur-Kraterreihe überraschend vielfältig war, obwohl es aus der gleichen Magmakammer stammt. Die Ergebnisse tragen nicht nur zum Verständnis isländischer Vulkane bei, sondern liefern auch wichtige Hinweise für das globale Verständnis von Vulkansystemen. (Quellen: Science/RUV)

Neuseeländische Forscher entwickeln neues Prognosemodell

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Neues Prognosemodell soll Verbreitung von Aschewolken schneller vorhersagen und alarmieren

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des neuseeländischen GNS Science arbeiten an einem neuen Projekt, um den Ascheregen bei einem zukünftigen Vulkanausbruch auf der Nordinsel von Neuseeland präziser und schneller vorhersagen zu können. Ein großer Vulkanausbruch stellt eine der größten Naturgefahren des pazifischen Inselstaates dar, obwohl schwere Schäden durch Ascheregen als eher unwahrscheinlich gelten. Forscher warnen jedoch, dass selbst bei kleineren Ausbrüchen Tausende von Gebäuden von Ascheregen betroffen sein könnten, und dass selbst geringe Ascheablagerungen Wasserversorgungen kontaminieren, Abwassersysteme verstopfen und landwirtschaftliche Flächen sowie Stromnetze beeinträchtigen könnten.

Das Projekt zielt darauf ab, ein Echtzeit-Modell zu entwickeln, das vorhersagt, wie sich Asche nach einem Ausbruch verteilen wird. Es kombiniert wissenschaftliche Daten, Satellitenbilder und Informationen aus sozialen Medien, um die betroffenen Gebiete und potenzielle Schäden schneller zu identifizieren. Dadurch können Notfallmaßnahmen effizienter koordiniert und Ressourcen gezielt eingesetzt werden.

Der letzte größere Aschefall auf der neuseeländischen Nordinsel ereignete sich im Jahr 2012, als der Tongariro ausbrach und die Umgebung mit Asche bedeckte. Forscher betonen, dass ähnliche oder größere Ausbrüche in der Zukunft unvermeidlich sind. Vulkane wie Ruapehu und Ngāuruhoe können Ascheablagerungen von bis zu 50 Millimetern Mächtigkeit verursachen, was ausreicht, um Dächer zu beschädigen und landwirtschaftliche Flächen zu zerstören. Dickere Ascheschichten könnten sogar Dächer einstürzen lassen und Bäume entlauben.

Glücklicherweise liegen viele dieser Vulkane in Nationalparks, wo die Bebauung begrenzt ist, was das Risiko schwerer Schäden reduziert. Trotzdem könnten seltener auftretende starke Eruptionen erhebliche Auswirkungen haben.

Das Forschungsteam von GNS Science, der University of Canterbury und der Nanyang Technological University in Singapur plant, das Prognosemodell bis Ende nächsten Jahres fertigzustellen. Langfristig hoffen die Wissenschaftler, die Methode auch auf andere Naturgefahren anwenden zu können, um Vorhersagen und Schutzmaßnahmen weiter zu verbessern.

Bei Vulkanasche handelt es sich um fein fragmentierte Lava mit einer Korngröße von bis zu 2 mm. Sie entsteht, wenn im Vulkanschlot erstarrte Lava durch Explosionen stark zerkleinert und in Wolkenform ausgestoßen wird. Vulkanasche hat nichts mit flockenförmiger Asche eines Feuers zu tun, sondern ähnelt Sand. Kieselsteingroße Partikel werden Lapilli genannt.

In Neuseeland gibt es 12 aktive Vulkane, die kontinuierlich überwacht werden. Die meisten dieser Vulkane befinden sich auf der Nordinsel und gehören zur sogenannten Taupō Volcanic Zone. Beim Taupō handelt es sich um einen großen Calderavulkan, der in der Vergangenheit mehrere extrem starke Eruptionen verursachte. Aktuell in Eruption befindet sich der Whakaari auf  White Island. Hier gab es Anfang September mehrere kleine Ascheeruptionen.

Pompeji: Ausgrabungen fördern 2 Skelette zutage

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Funde von 2 Skeletten in Pompeji – Goldschatz bei einem der Opfer entdeckt

Ein schreckliches Schicksal erlitten zwei Menschen, die im antiken Pompeji infolge des Vulkanausbruchs des Vesuvs im Jahre 79 n. Chr. starben. Ihre Skelette wurden nun von Archäologen ausgegraben, die in einem Haus der Insula 10 der Regio IX arbeiteten, wo in den letzten Monaten und Jahren mehrere sensationelle Funde gemacht wurden. Jeder dieser Funde brachte den Forschern neue Erkenntnisse über das Leben und Sterben in der römischen Stadt. Einer dieser Funde machte sogar eine Neudatierung des Untergangs Pompejis notwendig. Es handelte sich um eine Inschrift, die vermuten lässt, dass das bisherige Untergangsdatum falsch war. Daher verschob man die Katastrophe um fast zwei Monate auf den 17. Oktober 79. Das bisher gültige Datum könnte durch einen Übersetzungsfehler entstanden sein, der bereits im Mittelalter begangen wurde.

Der aktuelle Fund enthüllte die Skelette eines Mannes und einer Frau, die möglicherweise ein Paar waren und in einem provisorischen Schlafzimmer im Servicebereich des Hauses Schutz vor dem Vulkanausbruch gesucht und gefunden hatten. Bei dem Haus handelt es sich um das gleiche Gebäude, in dem im Frühjahr bereits der Blaue Schrein entdeckt wurde. Das Gebäude wurde zum Zeitpunkt der Katastrophe renoviert, vielleicht um frühere Erdbebenschäden auszubessern. Das Schlafgemach lag in einem gut abgeschotteten Teil des Gebäudes, war offenbar fensterlos und hatte eine stabile Decke, die durch der Ascheablagerungen nicht eingestürzt war. Der Raum war frei von Bimssteinen, und offenbar waren keine vulkanischen Ablagerungen während der Eruption eingedrungen, obgleich der Raum später mit Sedimenten gefüllt wurde. Von den direkten Folgen des Ausbruchs blieb jedoch der benachbarte Raum nicht verschont. Dieser war mit Bims verfüllt, und die Ablagerungen blockierten die Tür, sodass die beiden Schutzsuchenden zwar den Ausbruch zunächst überlebten, aber in dem Schlafzimmer gefangen waren und wahrscheinlich erstickten oder verdursteten. Zum Zeitpunkt ihres Todes lag die Frau halb in ihrem Bett, zusammen mit einem kleinen Schatz aus Gold-, Silber- und Bronzemünzen sowie goldenen Ohrringen, die mit Perlen verziert waren. Der Mann lag am Fußende des Bettes auf dem Boden. Weitere Möbelstücke im Raum waren ein Tisch mit Marmorplatte und die Überreste einer Truhe. Offenbar waren es sehr wohlhabende Leute gewesen. Doch ihr Reichtum konnte sie nicht vor dem Untergang bewahren.

Im Juli machte eine Meldung die Runde, dass neue Hinweise darauf gefunden wurden, dass während der Eruption starke Erdbeben stattfanden, die zu einem Teil der Zerstörungen Pompejis beitrugen. Bei diesen Hinweisen handelte es sich um forensische Untersuchungen von zwei männlichen Skeletten, die bereits vor einiger Zeit im Haus der „keuschen Liebenden“ entdeckt wurden. Die Untersuchungen ergaben, dass sie nicht Opfer des Vulkanausbruchs wurden, sondern von einer umgestürzten Wand erschlagen wurden, die infolge von Erdbeben kollabierte. Zum Kollaps kam es vor der Serie alles zerstörender pyroklastischer Ströme, die einen Großteil der Todesopfer verursachten. In Pompeji starben mindestens 2000 Menschen, was 10 Prozent der damaligen Bevölkerung ausmacht.

Erster langer Bohrkern von Mantelgestein geborgen

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Forscher erbohrten 1268 m langen Bohrkern aus Mantelgestein des Atlantischen Rückens – Rückschlüsse über Magmenentstehung möglich

Der Mensch hat es bereits vor fast 60 Jahren geschafft, auf dem Mond zu landen, Gesteinsproben vom Mars zu untersuchen und die Tiefen des Weltalls mittels Ferndiagnostik zu erforschen. Doch das, was in wenigen Kilometern Tiefe unter unseren Füßen vorgeht, ist weitestgehend unbekannt: Über die komplexen Prozesse im Erdinneren verfügen wir nur über vergleichsweise wenige Daten und noch weniger Proben, die im Labor untersucht werden können. Dabei ist ein Verständnis dieser Prozesse von enormer Bedeutung, denn hier liegt der Schlüssel zum Verständnis verschiedener Stoffkreisläufe, der Plattentektonik, der Entstehung des Erdmagnetfelds sowie des Wissens um Erdbeben und Vulkanausbrüche verborgen. Eine groß angelegte Forschungsaktion förderte im Frühjahr 2023 den längsten zusammenhängenden Bohrkern von Mantelgestein zutage, der helfen könnte, die Vorgänge im Erdinneren besser zu verstehen.

Der Bohrkern ist 1.268 Meter lang und lagert nun in zahlreichen Kisten verpackt im Archiv der Cardiff University in Wales. Er wurde mit Hilfe des Meeresbohrschiffs JOIDES Resolution am Atlantis-Massiv des Mittelatlantischen Rückens geborgen. Hier ist die ozeanische Kruste nur wenige Kilometer mächtig, was das Projekt erleichterte. An dem Projekt mit der Bezeichnung „Expedition 399“ waren mehr als 30 Forscher aus verschiedenen Ländern beteiligt. Die Forschungsarbeiten sind noch lange nicht abgeschlossen, doch die Universität Cardiff veröffentlichte eine Pressemeldung, in der erste Ergebnisse vorgestellt wurden.

Das Gestein des Bohrkerns besteht überwiegend aus serpentinisiertem Peridotit. Dieses Mantelgestein enthält vor allem die Mineralien Olivin, Pyroxen und Plagioklas. Die Forscher waren überrascht über den geringen Anteil an Pyroxen, der in anderen Mantelgesteinsproben weitaus häufiger vorkommt. Im Bohrkern liegt der Pyroxen-Anteil bei weniger als 10 Prozent. Studienautor C. Johan Lissenberg erklärt, dass andere Mantelgesteinsproben entweder als Einschlüsse in Lava vorliegen, die aus Vulkanen eruptiert wurde, oder vom Meeresboden geschürft wurden. Bei diesen Proben könnte das ursprüngliche Mantelmaterial jedoch bereits chemisch umgewandelt worden sein. Zudem zeigt die Struktur des Bohrkerns, dass frühere Schmelzbewegungen im Mantelgestein zum Teil eine diagonale Bewegungsrichtung aufwiesen.

Die Ergebnisse deuten außerdem auf eine höhere Schmelzmenge im Mantelgestein hin als bisher angenommen, was wichtige Implikationen für das Verständnis der Magmaentstehung und des Vulkanismus hat. Die Untersuchung der Mantelgesteine ermöglicht es auch, den Transport von Magma und dessen Einfluss auf Vulkane, insbesondere solche auf dem Meeresboden, besser zu verstehen.

Ein weiterer Aspekt der Forschung befasst sich mit der Reaktion von Olivin, einem häufigen Mineral im Mantel, mit Meerwasser, wodurch Wasserstoff und andere lebenswichtige Moleküle produziert werden. Dies könnte ein Schlüsselfaktor bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gewesen sein. Die Erkenntnisse aus den geborgenen Gesteinen bieten wertvolle Einblicke in die chemischen und physikalischen Bedingungen der frühen Erde und werden weiterhin intensiv untersucht, um eine Vielzahl von geowissenschaftlichen Fragen zu klären.

Island: Studie zur Grabenbildung am 10. November

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Grabenbildung vom 10. November gut dokumentiert – einmalige Gelegenheit für die Forschung

Am 10. November 2023 wurden Geowissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen Zeugen einer Grabenbildung, die sie in noch nie dagewesener Genauigkeit dokumentierten. Eigentlich erwarteten sie einen Vulkanausbruch, denn über Wochen hatte sich Magma im Untergrund angesammelt. Doch was sie dann erlebten, überstieg ihre Erwartungen und stellte gleichzeitig für die Bewohner von Grindavík eine Katastrophe dar.

Auch Vnet berichtete in Echtzeit von den Geschehnissen, deren offensichtliche Symptome in Form von Erdbeben auftraten, von denen einige Magnituden im Fünferbereich erreichten. In sozialen Medien berichteten Anwohner von Grindavík von Rissen, die sich in Straßen und Häusern auftaten. Zu diesem Zeitpunkt dachte man noch, diese Risse seien nur Folgen der Erdbeben. Doch wie sich später zeigte, gingen Erdbeben und Rissbildungen mit massiven Erdbewegungen einher, die in dieser Form nur selten wissenschaftlich dokumentiert worden waren. Als klar wurde, dass es sich um einen außergewöhnlich starken seismischen Schwarm handelte, wurden Grindavík und das Geothermiekraftwerk evakuiert.

Erst nach und nach wurde klar, welche massiven Erdbewegungen stattgefunden hatten, und die Forscher staunten nicht schlecht, als sie feststellten, dass man Zeuge einer Grabenbildung geworden war. Sie begannen mit der Auswertung der Daten und veröffentlichten nun eine Studie zu dem Ereignis, an deren Erstellung ein internationales Team beteiligt war. Als Hauptautoren gelten Gregory P. De Pascale und Tomáš J. Fischer. Zudem arbeiteten viele Forscher des IMO und der Universität Reykjavík an diesem Papier mit.

Fotos der Störungen und Risse in Grindavik. &coyp; Gregory P. De Pascale/ AGU
Fotos der Störungen und Risse in Grindavik. &coyp; Gregory P. De Pascale/ AGU

Es wurden sämtliche Daten des Ereignisses ausgewertet, die zur Verfügung standen. Die Daten stammten von seismischen Stationen, Satellitenradar (InSAR), GPS, bodengestützten Geräten sowie drohnengestützten Lidar- und Bildaufnahmen. Zudem wurden präzise Landvermessungen durchgeführt und auch Drohnen zur Erkundung und Vermessung eingesetzt. Bald stand fest, dass sich nicht nur ein paar Risse geöffnet hatten, sondern dass man Zeuge einer Grabenbildung geworden war. Tatsächlich bildeten sich zwei parallel verlaufende Gräben, die sich entlang von Störungszonen absenkten, während der Bereich zwischen den Tälern angehoben wurde und nun einen sogenannten Horst bildet. Solche Horst-und-Graben-Strukturen findet man häufiger entlang von kontinentalen Plattengrenzen. Trotz der Magmaansammlung im Untergrund gehen die Forscher davon aus, dass die Schmelze bei der Grabenbildung eine untergeordnete Rolle spielte und vermuten tektonische Kräfte hinter dem Ereignis. Nichtsdestotrotz kam es parallel zur Grabenbildung zur Intrusion eines magmatischen Gangs. Wahrscheinlich drang das Magma in einen neu gebildeten Riss ein.

Die Untersuchungen ergaben, dass die Gräben größtenteils innerhalb weniger Stunden entstanden, zeitgleich mit der seismischen Aktivität. Das neue System umfasst zwei Täler, fünf Verwerfungen und etwa 12 Spalten, mit einer vertikalen Verschiebung von fast 3 Metern und einer Breite von etwa 4,5 Kilometern – deutlich breiter als die meisten anderen bekannten Grabenstrukturen.

Insgesamt liefert die Untersuchung neue Erkenntnisse über die Entstehung von Gräben und könnte das Verständnis ihrer Bildung und Funktion an ähnlichen Orten auf der Erde und auf anderen Planeten verbessern. (Quelle: https://doi.org/10.1029/2024GL110150)

Popocatepetl: Seismische Tomografie enthüllt Magmenkörper

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Neues Forschungsprojekt enthüllte innere Struktur des Popocatepelt mit Hilfe der seismischen Tomografie

Einem Forscherteam der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko (UNAM) gelang es erstmals, faszinierende Bilder der inneren Struktur des Vulkans Popocatépetl anzufertigen. Diese Aufnahmen reichen bis zu 10 Kilometer Tiefe unter dem Vulkan und enthüllen bisher unbekannte Details aus dem Inneren des Feuerbergs.

Der Popocatépetl ist ein großer Vulkan und hat einen Durchmesser von 25 Kilometern. Sein Gipfel wird von einem elliptischen Krater dominiert, der 600 mal 400 Meter misst. Im Krater gibt es einen Pit, der ca. 110 m tief ist. Der Vulkan ist für seine explosiven Eruptionen berüchtigt und erzeugt täglich Ascheexhalationen.

Aufgrund seiner lang anhaltenden Tätigkeit und seines großen Gefahrenpotenzials ist der Popocatépetl Gegenstand öffentlichen Interesses und wissenschaftlicher Forschungen. Um die Geheimnisse dieses Vulkans zu lüften, hat die UNAM ein seismisches Netzwerk um den Vulkan installiert, das ähnlich wie ein Röntgengerät funktioniert. Nur anstelle von Röntgenstrahlung werden seismische Wellen natürlicher Erdbeben benutzt, um ein dreidimensionales Bild des Untergrunds zu generieren. Mit dieser Methode konnten Bilder des Inneren des Vulkans mit beispielloser Auflösung erstellt werden, die die innere Struktur des Vulkans zeigen. Die Farben in diesen Bildern repräsentieren Anomalien in der Geschwindigkeit der seismischen Wellen, was Rückschlüsse auf die Materialzusammensetzung und die Bewegungswege des vulkanischen Materials im Untergrun erlaubt.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass es nicht nur einen großen Magmenkörper unter dem Vulkan gibt, sondern dass sich die Schmelze in einer komplexen Struktur mehrerer Reservoris auf unterschiedlichen Ebenen verteilt. Das Fördersystem besteht aus einem Leitungssystem, das sich zwischen Brüchen im Untergrund bildete.

Um diese detaillierten Bilder zu erstellen, verwendeten die Wissenschaftler zwei Methoden: die seismische Interferometrie, die seismisches Umgebungsrauschen nutzt, und die Überwachung der Signale kleiner Erschütterungen im Vulkaninneren mithilfe künstlicher Intelligenz. Die KI half u.a. dabei, schwache seismische Signale zu identifizieren, die sonst nicht erkannt worden wären, und wertete eine Vielzahl an Signalen aus. Somit war man in der Lage, viele Details zu visualisieren, die sonst verborgen geblieben wären.

Diese Forschungsarbeit ermöglicht es, das Verhalten des Vulkans besser zu verstehen und künftige vulkanische Aktivitäten besser vorherzusagen.

Übrigens ist der Popocatepetl in diesen Tagen nur vergleichsweise schwach aktiv. Es kommt täglich zu mehreren Ascheexhalationen, aber stärkere Explosionen treten nur sporadisch auf. Der tremor ist vergleichsweise gering. (Quelle: UNAM)

Sodaseen: Gemeinsamkeit von Störungszonen

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Gemeinsamkeiten von Störungszonen: Sodaseen im Ostafrikanischen Riftvalley und entlang der San Anderas Fault

Gestern schrieb ich in den News über die Aktivität des außergewöhnlichen Vulkans Ol Doinyo Lengai, der im Ostafrikanischen Grabenbruch liegt. Das brachte mich auf die Idee, das Riftvalley mit der San Andreas-Störung zu vergleichen, die ich im Juli einen Kurzbesuch abstattete.

Beim Ostafrikanischen Grabenbruch handelt es sich um ein über 6000 Kilometer langes divergentes Rift, an dessen Boden sich Sodaseen gebildet haben. Ihr Wasser enthält außergewöhnlich viel Natriumkarbonat, wie es auch in der Lava des Vulkans Ol Doinyo Lengai vorkommt. Auf den ersten Blick haben das Rift Valley und die Region der San Andreas Fault (SAF) nicht viel gemeinsam, doch bei genauerem Hinsehen zeigen sich Parallelen.

Die SAF ist eine wohlbekannte Störungszone in Form einer Blattverschiebung und markiert den Verlauf der Plattengrenze zwischen Nordamerika und dem Pazifik. Am Südende der Störung liegt der Saltonsee, dessen Wasser ebenfalls viel Natriumkarbonat enthält, ebenso wie der Soda Lake in den Carrizo Plains. Was mir bis dato nicht bekannt war, ist der Umstand, dass es auch an anderen Teilen der San-Andreas-Verwerfung Teiche (Sag Ponds) mit Salzansammlungen gibt, die sich in kleinen Depressionen aneinanderreihen und den Verlauf der Scherzone markieren. Laut Schulbuchmeinung sammelt sich in diesen Teichen phreatisches Wasser, sofern sie nicht ausgetrocknet sind, wobei sich die Frage stellt, woher dann die Salzablagerungen kommen.

Für mich hat es den Anschein, als käme dem Natriumkarbonat im Bereich von kontinentalen Störungszonen eine besondere Rolle zu: Es stammt überwiegend aus der Verwitterung von (vulkanischen) Gesteinen, die reich an Kalium und Natrium sind. Die Mineralien lösen sich im Wasser, das sich in den oft abflusslosen Becken sammelt, die sich aufgrund tektonischer Prozesse im Bereich von Störungszonen bilden. Dort verdunstet das Wasser und am Seeboden reichern sich die Salze und Karbonate an. Spekulativ ist, dass das Natrium als Schmiermittel in den Störungszonen fungiert und entlang von Störungen aus dem Boden austritt. Grund für diese Spekulation ist der Umstand, dass es in einigen Sodaseen aktive Salzquellen gibt, die oft als Sodageysire bezeichnet werden.

Island: Neue Erkenntnisse zur Herkunft des Magmas

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Endphase der ersten Fagradalsfjall-Eruption. © Marc Szeglat

Studie zeigt, dass das Magma der ersten Fagradalsfjall-Eruption in der Erdkruste zwischengespeichert wurde

Seit 2021 faszinieren uns die Vulkanausbrüche auf Island. Die Eruptionen auf der Reykjanes-Halbinsel begannen mit den Fagradalsfjall-Feuern und setzten sich seit Oktober 2023 mit den Sundhnúkur-Feuern fort. An beiden, nur wenige Kilometer voneinander entfernten Lokationen, gab es mehrere Intrusionen und Spalteneruptionen, die große Mengen Lava förderten und ausgeprägte Lavafelder entstehen ließen. Wissenschaftler vermuten, dass diese Eruptionen nur die ersten einer Serie sind, die mehrere Jahrzehnte andauern und nach und nach auch auf weitere Spaltensysteme der Reykjanes-Halbinsel übergreifen könnten.

Um zukünftige Ereignisse besser vorhersagen zu können, ist das Verständnis der Eruptionsmechanismen entscheidend. Dazu gehört, wie das Magma entsteht, aufsteigt und gegebenenfalls in Magmenkörpern zwischengespeichert wird, bevor sich ein oberflächennaher magmatischer Gang bildet oder eine Eruption beginnt.

Ein internationales Team aus Geoforschern und Studenten unter der Leitung der Scripps Institution of Oceanography der UC San Diego sammelte fortwährend Lavaproben der basaltischen Eruptionen auf Island sowie von den Ausbrüchen auf La Palma (2021) und am Mauna Loa (2022) und analysierte sie im Labor. Es entstand eine detaillierte Zeitreihenanalyse der geochemischen Komponenten der Lavaproben. Mithilfe von Spektrometern wurden die elementaren Inhaltsstoffe der Gesteinsproben untersucht und die Signaturen bestimmter Isotope wie Osmium analysiert, um Hinweise darauf zu erhalten, unter welchen Bedingungen ein Magma entstanden beziehungsweise gespeichert wurde.

Osmium kommt in unterschiedlichen Isotopen vor, die durch radioaktiven Zerfall von Rhenium entstehen, welches in den Gesteinen der Erdkruste vorkommt. Spuren von Osmium in der eruptierten Lava gelten als Indizien dafür, dass eine Schmelze längere Zeit in der Kruste zwischengespeichert wurde, wo sie mit Krustenmaterial kontaminierte, bevor sie final aufstieg und in Form von Lava eruptierte. Die Forscher entdeckten in den Lavaproben der ersten Fagradalsfjall-Eruption von 2021 hohe Konzentrationen der Osmium-Isotope und schlossen daraus, dass das ursprüngliche Magma vor der Eruption längere Zeit in der Erdkruste zwischengespeichert wurde. Ähnliches konnten sie für die La Palma-Eruption nachweisen, während entsprechende Spuren in der Lava vom Mauna Loa fehlten.

Entgegen früheren Studien, die behaupteten, dass nur das Magma der ersten Eruptionstage der Fagradalsfjall-Eruption in der Erdkruste zwischengespeichert wurde, zeigt die neue Studie, dass auch die Schmelze des späteren Eruptionsverlaufs aus der Erdkruste stammt und nicht, wie bislang angenommen, direkt aus dem Erdmantel aufgestiegen ist. Erste bei späteren Eruptionen im Fagradalsfjall-Gebiet fehlten die Osmium-Isotope und man geht davon aus, dass die Schmelze ohne längeren Zwischenstopp in der Erdkruste eruptierte.

Die Forscher schließen daraus, dass die Bildung größerer krustaler Magmenkörper und die Interaktion der Schmelze mit dem Krustenmaterial eine Voraussetzung für basaltische Eruptionen sind, die große Volumina an Lava fördern. Nachfolgende Eruptionen nutzen dann freie Aufstiegswege, die als Expressautobahnen aus der Tiefe des Erdmantels angelegt sind. (Quelle: nature.com/articles/s41586-024-07750-0)