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.

Ätna: neue Forschungsergebnisse

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Über den Ätna auf Sizilien sind in den letzten Tagen gleich 2 neue Artikel über Forschungsergebnisse der Vulkanologen veröffentlicht worden, die ich hier zusammengefasst wiedergeben möchte.

Rasanter Magmenaufstieg am Ätna

Paroxysmus am Ätna

Der erste Artikel ist in Nature Scientific Reports erschienen. In ihm geht es um die Erforschung des Magmenaufstiegs am Ätna, welcher von Wissenschaftlern um Prof. Marco Viccaro der Uni Catania untersucht wurde. Die Geochemiker und Petrologen untersuchten Lavaproben des Vulkans, welche bei den Paroxysmen zwischen 2011 und 2013 gefördert wurden. Die Proben wurden mit Hilfe des Ionenmikroskops (Mikrosonde) untersucht. Besonderes Augenmerk lag dabei auf das Element Lithium, welches sich in zonierten Plagioklaskristallen fand. Lithium reagiert auf sich ändernde Druck/Temperaturbedingungen mit einer extrem schnellen Diffusion und verflüchtigt sich aus der Schmelze, bevor das Mineral zusammen mit der Lava erstarrt. Je schneller sich die Bedingungen ändern, desto schneller verflüchtigt sich das Lithium. Die sehr geringen Konzentration des Lithiums in den Plagioklaskristallen lies nun Rückschlüsse zu, wie schnell sich Druck und Temperatur änderten, bevor das Magma zu fester Lava erstarrte. Die Wissenschaftler kamen zu dem erstaunenden Ergebnis, dass der finale Magmenaufstieg während der paroxysmalen Eruptionen sehr viel schneller von statten geht, als bisher angenommen. Dieser erfolgt innerhalb von 1-2 Minuten, oder sogar in weniger als 1 Minute. Das aufsteigende Magma schießt dabei förmlich durch das Fördersystem und erreicht Geschwindigkeiten von bis zu 43 m/s. Diese großen Geschwindigkeiten erklären dabei auch die Höhe der Lavafontänen der Paroxysmen.

(Quelle: Prof. Marco Viccaro, „Ultrafast syn-eruptive degassing and ascent trigger high-energy basic eruptions“, scientific Reports 8, Article number: 147 (2018))

Ätna mit heißer Quelle verglichen

Wasserdampfwolke während einer Eruption.

Der 2. Artikel erschien in Earth-Science Reviews und stammt von Carmelo Ferlito, der ebenfalls Vulkanologe der Universität Catania ist. Er vergleicht den Ätna mit einer gigantischen heißen Quelle, da die enormen Dampfemissionen des Vulkans in einem großem Missverhältnis zur geförderten Lavamenge stehen. Normalerweise stammen die Gase, die aus einem Vulkan entweichen vom Magma im Inneren des Vulkans. Neben Wasserdampf werden überwiegend Schwefeldioxid und Kohlendioxid ausgestoßen. Um die Mengen an Dampf zu erklären, die vom Ätna ausgestoßen werden, müsste der Vulkan 10 Mal soviel Magma fördern, wie es derzeit der Fall ist. Daher vermutet Carmelo Ferlito, dass sich im Untergrund des Ätnas ein großes hydrothermales System befindet. Fluide sollen sich in unterirdischen Tasche und Pools ansammeln und entweichen, wenn sie vom Magma im Untergrund erhitzt werden, ähnlich wie es an heißen Quellen der Fall ist. Diese Theorie wird von Forschungsergebnissen anderer Wissenschaftler gestützt, die herausfanden, dass der Erdmantel viel mehr Fluide enthält, als bisher gedacht.

(Quelle: Carmelo Ferlito, „Mount Etna volcano (Italy). Just a giant hot spring!“, Earth-Science Reviews, 2017 )

Forscher warnen: Zunahme starker Erdbeben steht bevor

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Erdbeben gelten als unberechenbar und ihre Manifestationen scheinen willkürlich zu sein. Trotz aller Fortschritte in der Erdbebenforschung gelingen zuverlässige Vorhersagen nicht. Dennoch warnen Seismologen nun vor einer 5-7 jährigen Phase mit erhöhter Erdbebenaktivität. Besonders schlimm soll es die Staaten entlang des Äquators treffen: Die Forscher warnen vor einer 25-30 prozentigen Zunahme starker Erdbeben mit Magnituden größer als 7.

Doch wie kommen die Forscher zu diesem Ergebnis? Schon lange gibt es Hypothesen über Erdbebenzyklen und tatsächlich wurden Häufungen starker Erdbeben statistisch nachgewiesen, doch bisher gelangen keine überzeugenden Erklärungen für dieses Phänomen. Das Geowissenschaftler-Team um Roger Bilham (UNI Colorado at Boulder) und Rebecca Benedickt (Uni Montana) wollen dem Rätsel auf die Spur gekommen sein. Sie untersuchten zunächst Erdbebenstatistiken des letzten Jahrhunderts und entdeckten 5 Phasen erhöhter Aktivität und korrelierten diese mit Phasen, während dessen sich die Rotationsgeschwindigkeit der Erde periodisch verlangsamte und wieder beschleunigte. Diese Variation der Rotationsgeschwindigkeit findet in Zyklen zwischen 24 und 33 Jahren statt. In diesem Zeitraum durchläuft die Erde ein Maximun-Minimium-Maximum Durchgang der Rotationsgeschwindigkeit. Die Ursache der variablen Rotationsgeschwindigkeit der Erde ist der Austausch des Drehimpulses zwischen den festen und den flüssigen Bestandteilen des Erdkörpers. Soll heißen: der flüssige äußere Erdkern, Gesteinsschmelze im Erdmantel, die Ozeane und die Atmosphäre haben ein anderes Drehmoment als der innere Erdkern, Teile des Erdmantels und die feste Erdkruste. Nach einer bestimmten Periode ist der Unterschied so groß, dass sich die Drehmomente austauschen und es so zur Abbremsung (und anschließenden Beschleunigung) der Erdrotation kommt. Dabei soll sich der gesamte Erdkörper leicht verformen. Die Auswirkungen dieser Deformationen sind in der äquatorialen Gegend des Planeten am größten. Hier wirken auch die stärksten Fliehkräfte. Nicht umsonst ist die Erde ein leicht abgeflachtes Ellipsoid und keine Kugel. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass durch die Übertragung des Drehmoments die Abflachung geringer wird und dass die Lithosphäre langsamer abbremst, als die plastische Schmierschicht des oberen Erdmantels. Dadurch schwingt die Erdkruste Richtung Westen auf und es entstehen Spannungen im Gestein. Diese sind in den bekannten Erdbebenregionen entlang der Subduktionszonen am Größten. Die Erdbeben häufen sich 5-6 Jahre nach der größten Verlangsamung der Erdrotation. Dies aktuelle Bremsphase begann im Jahr 2011. Von jetzt an, bis zum Jahr 2022 besteht also eine besonders hohe Gefahr starker Erdbeben.

Ich möchte anmerken, dass 2010 und 2011 besonders viele starke Erdbeben (Japan, Haiti) stattfanden, dass gleiche gilt für ein Maximum der vulkanischen Aktivität, welches ich beobachten konnte. Dahingegen waren die letzten 3 Jahre vergleichsweise ruhig, während 2017 in der Tat ein Anziehen der Erdbebenaktivität zu beobachten ist. Forscher gehen heute immer mehr davon aus, dass auch der Mondzyklus und das Klima einen Einfluss auf seismische- und vulkanische Aktivität haben. Umstände, die noch vor wenigen Jahren von den meisten Forschern belächelt wurden. Inzwischen scheint es als bewiesen, dass das System Erde äußerst dynamisch ist und viel sensibler auf Veränderungen reagiert, als man es noch vor wenigen Jahrzehnten glauben wollte.

Quelle:  Geological Society of America (GSA), BILHAM, Roger, Geological Sciences and CIRES, University of Colorado at Boulder and BENDICK, Rebecca, Department of Geosciences, University of Montana, Missoula

Delle im Ozean durch Magmablase im Erdmantel

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Die Karte zeigt die Schwerkraftanomalien des Geoids. Die Schwerkraft-Anomalie vor Indien ist Blau eingezeichnet. Dort vermuten Geowissenschaftler eine gigantische Magmablase.
1000-fach überhöht dargestellte Schwerkraftverteilung des Geoids. © ASU-MATLAB

Dass das Geoid der Erde eher einer schrumpeligen Kartoffel gleicht, anstatt einer glatten Murmel ist keine neue Erkenntnis. Exakte Messungen des Schwerefelds der Erde enthüllten dies schon vor einigen Jahren. Das mittlere Niveau des Meeresspiegels gilt als Referenzwert des Geoids. Ungeachtet des Tidenhubs weicht auch der Meeresspiegel vom Ideal des Geoids ab. So gibt es mitten auf den Weltmeeren Gebiete, in denen der Meeresspiegel höher, oder tiefer ist, als der Referenzwert. Seefahrer bemerken diese seltsame Berg-und Talfahrt mitten im Ozean nicht, da die Gebiete so groß sind, dass es nur seicht bergab und bergauf geht.

Vor der Südspitze Indiens liegt die tiefste Delle der Ozeane: in einem riesigen Areal liegt der Meeresspiegel mehr als hundert Meter unter dem normalen Niveau. Diese Delle im Meeresspiegel wird durch eine Schwerkraftanomalie hervorgerufen. Doch wie diese Schwerkraftanomalie zustande kommt, blieb lange ein Rätsel. Nun haben indische Wissenschaftler ein Modell entwickelt, das die Anomalie erklären könnte. Demnach soll eine gigantische Magmablase im Erdmantel für die Delle verantwortlich sein. Die Forscher um Attreyee Ghosh (Indian Institute of Science in Bangalore) sind dieser Magmablase auf die Spur gekommen, indem sie globale Konvektionsmodelle berechneten. Bei ihren Computersimulationen variierten sie die angenommene Viskosität des Mantelmaterials, welches in gigantischen Zellen rotiert. Bei einigen Modellrechnungen stimmten die Viskositäts-Parameter ziemlich genau mit den gemessenen Abweichungen des Geoids überein.

Wenn es im Erdmantel unter der Meeresdelle ein großes Magmareservoir gibt, stellt sich natürlich die Frage woher dieses kommt. Die Wissenschaftler vermuten unter Ostafrika den aufsteigenden Arm einer Konvektionszelle, der Gesteinsschmelze aus dem unteren Mantel in den Oberen transportiert. Der Strom geschmolzenen Gesteins schert im oberen Bereich des Erdmantels ab und transportiert die Schmelze wie in einem gigantischen Förderband Richtung Nordosten. Warum sich das Material aber vor der Südspitze Indiens sammelt ist unklar. Vielleicht blockiert subduziertes Krustenmaterial einer -inzwischen inaktiven- Subduktionszone das Förderband, so dass sich die Gesteinsschmelze aufstaut. Submarine Vulkane gibt es in diesem Gebiet allerdings nicht.

In diesem Zusammenhang fällt mir ein anderes Phänomen des indischen Subkontinents ein: die Dekkan-Trappbasalte. Diese bis zu 2000 Meter mächtige Basaltdecke bedeckt eine Fläche von 1,5 Millionen Quadratkilometern. Die heutigen Ablagerungen sind zum Teil erodiert und haben noch ein Volumen von 500.000 Kubikkilometern. Sie wurden in einem recht großen Zeitraum eruptiert. Wie groß dieser war ist umstritten und man gibt eine gewaltige Zeitspanne von 500.000 – 9.000.000 Jahren an. Der Höhepunkt der Eruptionen ereignete sich vor 66 Millionen Jahren. Ein Zeitraum, der mit dem Aussterben der Dinosaurier korreliert. Der Ausstoß von soviel Lava hat das globale Klima massiv beeinflusst, es kam zu einem Pflanzensterben, so dass die Dinos ihrer Lebensgrundlage beraubt wurden. Einer neuen Theorie zufolge, kam es möglicher Weise  zu einer doppelten Katastrophe von Meteoriteneinschlag und der Eruption des Flutbasalts. Die seismische Schockwelle des Meteoriteneinschlags könnte die Hochphase der Dekkan-Trapp-Eruption ausgelöst haben. Für die Quelle des Flutbasalts wird gerne der La Réunion hot-spot verantwortlich gemacht. Doch lässt man die Kontinente wandern, so sieht man, dass Indien auch über die Stelle der heutigen Schwerkraftanomalie wanderte, wobei unklar ist, ob sie zu dieser Zeit bereits existierte. Vielleicht stieg ein Teil des Magmas aus der Blase auf und schuf den Dekkan Trapp.


Quelle: Geophysical Resarch Letters: The Importance of Upper Mantle Heterogeneity in Generating the Indian Ocean Geoid Low, Attreyee Ghosh, G. Thyagarajulu, Bernhard Steinberger. Die Abbildungen stammen vom ASU MATLAB und Fotolia.

Gunung Agung: wie könnte es weitergehen?

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Seit fast 2 Monaten hält der Gunung Agung die Vulkanwelt in Atem. Zunächst standen die Zeichen auf Sturm: durch den schnellen Anstieg von Seismik und Inflation wurde vorzeitig roter Alarm ausgelöst und ein baldiger Vulkanausbruch vorausgesagt. Doch wieder einmal müssen sich die Vulkanologen eingestehen, dass es sehr schwierig ist exakte Prognosen zu stellen. Trotz aller Fortschritte in der Vulkanologie kann man nur sagen, dass der Vulkan sich auf eine Eruption vorbereitet, aber nicht, ob und wann der Feuerberg tatsächlich eruptieren wird. Zu viele Variablen beeinflussen das Geschehen und unser Wissen über die tatsächlichen Vorgänge im Vulkan sind lückenhaft. Viele Annahmen basieren auf Indizien und daraus entwickelten Modellen. Unser Blick in das Erdinnere erfolgt durch die undurchsichtigen Fenster der Messinstrumente. Doch so viel lässt sich sagen: Magma ist in das Gestein unter dem Vulkan eingedrungen und sammelt sich dort an. Sehr wahrscheinlich ist der Magmanachschub noch nicht ganz zum Erliegen gekommen. Die Treibende Kraft hinter dem Magmaaufstieg war der isostatische Druckausgleich: das geschmolzene Gestein ist weniger Dicht (und somit leichter) als das umgebene Festgestein. Daher steigt es wie eine Luftblase in einem Wasserbecken auf. Ab einer gewissen Tiefe (oft sammelt sich das Magma in 5-8 km Tiefe an) reicht dieser Dichteunterschied allerdings nicht mehr aus, um gegen den Widerstand des festen Gesteins weiter aufzusteigen. Ab dann wird zusätzlicher Gasdruck benötigt, der vom Magma selbst geliefert wird. Wie hoch dieser Gasdruck sein muss hängt auch vom Widerstand des umgebenen Gesteins ab. Dieser scheint im Falle des Gunung Agung recht hoch zu sein. Ein weiterer Faktor ist, wie viel Gas durch Fumarolen und Gesteinsporen entweicht. Doch was passiert nun mit dem Magma im Berg? Kann es noch eruptieren und wie lange besteht die Gefahr eines Ausbruchs? Eine einfache Antwort auf diese Fragen gibt es nicht, wohl aber mehrere Szenarien:

  1. Das Magma kühlt langsam ab und erstarrt, ohne dass es zu einer Eruption kommt.
  2. Es strömt weiteres Magma nach bis der Druck so groß ist, dass es eruptiert.
  3. Das Magma entwickelt sich weiter und es kommt später zu einer Eruption.

Wie eine mögliche Eruption aussehen könnte, hängt nicht nur von der Menge des Magmas ab, sondern auch von ihrem Chemismus.  Im Falle von Subduktionszonen-Vulkane ist das primär aufsteigende Magma bereits relativ zähflüssig und reich an flüchtigen Fluiden (Wasser, Gas). In den seltensten Fällen handelt es sich um ein basaltisches Magma. Im günstigsten Fall ist es ein andesitischer Basalt, oder ein Andesit. Letzteres wurde bisher meistens bei den Ausbrüchen des Gunung Agung gefördert. Andesitische Schmelze hat eine mittlere Zähigkeit (Viskosität) und kann als zähflüssige Lavaströme, oder aber auch rein explosiv gefördert werden. Während die Schmelze nun in relativ geringer Tiefe unter dem Berg festsitzt und langsam abkühlt, entstehen feste Minerale, die die Viskosität und Zusammensetzung des verbleibenden Magmas verändern. Der Vulkanologe nennt diesen Reifevorgang magmatische Differentiation. Dabei werden auch weitere Fluide freigesetzt, die für eine Erhöhung des Druckes im Untergrund sorgen können. Dieser Prozess kann Jahrzehnte in Anspruch nehmen, da das Magma im Untergrund gut isoliert ist und nur sehr langsam abkühlt. Am Ende der magmatischen Differentiation steht ein extrem zähes rhyolithisches Magma. Diese Magma-Art enthält viel Gas, da es nur schlecht aus der Restschmelze entweichen kann. Wenn das Gas entweicht, dann erfolgt es meistens explosiv, entsprechend verheerend sind die resultierenden Eruptionen. Rhyolith kann auch effuisv gefördert werden und neigt dann dazu einen Lavadom zu bilden, der den Krater ausfüllt und den Förderschlot verstopft. Erreicht der Dom eine kritische Größe kann er kollabieren, was eine kaskadenartige Reaktion hervorruft. Es entsteht eine hoch aufsteigende Aschewolke und pyroklastische Ströme.

So ein Hergang kann in seinem katastrophalen Verlauf praktisch nur noch durch eine andere Möglichkeit getoppt werden: Nach einiger Zeit steigt frisches Magma aus großer Tiefe auf und vermischt sich mit der rhyolithischen Schmelze. Diese Magma-Mischungsprozesse gehen für gewöhnlich mit sehr starken Eruptionen einher, die nicht selten dazu führen, dass der obere Bereich des Vulkans weggesprengt wird. Ein Beispiel hierfür ist die Krakatau-Eruption von 1883. Doch dies ist ein relativ unwahrscheinliches worst case Szenario.

Tremor und der Schrei des Vulkans

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Vulkanische Erdbeben und Tremor sind wichtige Indizien für einen bevorstehenden Vulkanausbruch. Bei den meisten explosiv eruptierenden Vulkanen wurde harmonischer Tremor registriert und auch bei effusiven Eruptionen ist er nicht selten. Meistens setzt der Tremor einige Stunden vor einer Eruption ein und hält auch während dieser an. Eine Abnahme des Tremor ist meisten ein Hinweis darauf, dass die Eruption langsam zu einem Ende kommt. Wie Tremor entsteht ist nicht zu 100% geklärt, doch es gibt Modelle die mit hoher Wahrscheinlichkeit zutreffend sind.

Wie langperiodische Erdbeben, so schwingt auch der harmonische Tremor üblicher Weise in einer Frequenz zwischen 1-5 Hz. Ein harmonisches Tremorsignal im Seismogramm wird als irregulär sinusoidal beschrieben. Es ähnelt also mehr oder weniger einer Sinuskurve. Auf dem Seismogramm erhält man ein gleichförmiges Signal ohne einzelne Höhepunkte und ohne Unterscheidung in S und P-Wellen. Das Signal hält mehrere Minuten, oft sogar Stunden, oder Tage an. Es wurde auch schon Tremor registriert, der mehrere Wochen, oder Monate anhielt.

Entstehung von harmonischen Tremor

Harmonischer Tremor wird durch Druck-Fluktuationen von entgasenden Magma hervorgerufen, was in den Medien auch schon als „Magma-Wackeln“ bezeichnet wurde: durch entweichende Gasblasen beginnt das zähflüssige Magma zu Wackeln und zu Schwingen, während es durch das Fördersystem des Vulkans aufsteigt. Dieses lässt sich am Besten mit einem Topf voll kochendem Haferschleim vergleichen. Die brodelnden Gasblasen versetzten den Schleim in Schwingung, was sich auf den Topf überträgt. Wir hören ein dumpfes Brodeln. Genauso kann auch der vulkanische Tremor Infraschall hervorrufen, den wir mit bloßem Ohr normalerweise nicht hören können. Die Betonung liegt auf normalerweise, denn mir ist in der Nähe aktiver Förderschlote bereits öfters ein dumpfes Grollen am Rande der Wahrnehmbarkeit zu Ohr gekommen, welches ich mit dem spürbaren Tremor assoziierte. In der Tat kann die Frequenz eines Tremors bis zu 30 Hz betragen, wenn der Vulkan unmittelbar (Sekunden) vor einer Explosion steht.

Wissenschaftler des AVO untersuchten an mehreren Vulkanen harmonischen Tremor. Vielen Feuerbergen scheint eigens zu sein, dass der Tremor mit niedrigen Frequenzen (0,5-2 Hz) beginnt, welche sich unmittelbar vor einer Eruption bis auf 20 Hz (und sogar darüber hinaus) steigern.

Infraschall und der Schrei des Vulkans

Mit Hilfe eines einfachen technischen Tricks konnten die AVO-Wissenschaftler um Alicia Hotovec-Ellis den, vom Tremor erzeugten, Infraschall für Menschen hörbar machen: sie beschleunigten Aufnahmen des Infraschalls 60-fach (10 Sekunden Audio entsprechen 10 Minuten Tremor) und schon konnten sie den „Schrei des Vulkans“ hören. Je höher der Schrei wird, desto weniger Zeit bleibt bis zur Explosion:

 

Die amerikanischen Wissenschaftler fanden zudem heraus, dass am Vulkan Redoubt in Alaska, nicht nur die Tremorfrequenz ansteigt, je näher eine explosive Eruption rückt, sondern dass dort der Tremor unmittelbar vor einer Explosion ganz aussetzt, der Schrei abrupt verstummt:

 

Nicht-harmonischer (spasmodic) Tremor

Neben dem harmonischen Tremor gibt es noch eine größere Bandbreite von Tremorsignalen, die in einer höheren Frequenz schwingen, als es für harmonischen Tremor typisch ist. Das führt uns zu nicht-harmonischen Tremor, der im englischen Sprachgebrauch als spasmodic tremor bezeichnet wird. Hier liegen die Frequenzen normalerweise über 5 Hz. Wird spasmodic tremor registriert, erfolgen einzelne langperiodische Erdbeben so schnell hintereinander, dass das nächste Erdbeben erfolgt, noch bevor die Schwingungen des vorangegangenen Bebens ausgeklungen sind. Es können sogar S und P-Wellen registriert werden. Bei einem harmonischen Tremor können keine einzelnen Erdbeben mehr voneinander unterschieden werden. Nicht-harmonischer Tremor ist sehr wahrscheinlich noch mit dem Brechen von Gestein assoziiert, während sich die Fluide (Magma und Gas) einen Weg nach oben bahnen.

Eine weitere Sonderform des Tremors ist der gebänderte Tremor, der auf Neudeutsch banded tremor genannt wird. Dieser kommt überwiegend in einem Frequenzbereich zwischen 12 und 20 Hz vor und ist ein zyklisch wiederkehrendes Signal mit gleichlangen Pausen, so dass auf dem Seismogramm ein Bandmuster entsteht. Gebänderter Tremor wurde 2008 und 2009 am Ätna auf Sizilien registriert und analysiert.




Quellen:
Steven R McNutt, Encycolpedia of Earth System Science, 1992
Alicia Hotovec-Ellis, University of Washington (Audio Quelle)
David Bercovici, Geowissenschaftler der Universität Yale

Yellowstone: Supervulkan könnte schnell erwachen

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Supervulkane wie der Yellowstone sind beliebte Forschungsobjekte und in den Medien wird gerne über katastrophale Ausbrüche dieser vulkanischen Giganten spekuliert. Öl ins Feuer gießt hierbei eine neue Studie der Geologin Hannah Shamloo von der Arizone State University. Die Wissenschaftlerin ging mit interdisziplinären Methoden an die Erforschung der jüngsten Yellowstone-Eruption vor 631,000 Jahren heran und untersuchte die abgelagerten Tuffe. Im Fokus standen dabei zonierte Pheonkristalle. Diese entstehen wenn das Magma in der Magmakammer unter dem Vulkan abkühlt. Diese Phenokristalle bilden sich um einen mikroskopisch kleinen Kern und prägen Wachstumsringe aus, wie bei einem Baum. Durch Analyse dieser Wachstumsringe kommen die Wissenschaftler nun zu dem Schluss, dass sich ein Supervulkan innerhalb einer viel kürzeren Zeit aufladen kann, als man bisher annahm. Bisherige Annahmen gingen davon aus, dass der Aufheizprozess eines Supervulkans mindestens Jahrhunderte andauert, jetzt geht man von Jahrzehnten aus. Zudem kann kein Wissenschaftler genau sagen, wie weit das Aufheizstadium des Yellowstone Vulkans bereits fortgeschritten ist: an mehreren Stellen im Yellowstone, wurden zwischen 2004 und 2009 eine Bodenanhebung von 15 cm registriert und einige Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass sich der Yellowstone-Vulkan bereits in einer Aufheizphase befindet.

Campi Flegrei: Magmakammer lokalisiert

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Der italienische Supervulkan Campi Flegrei rückt immer wieder in den Fokus medialen Interesses. Erst vor 2 Wochen sorgte der Calderavulkan bei Neapel für Schlagzeilen, als fast eine ganze Familie in den Gasen des Vulkans erstickte. Nun wurde ein aufsehenerregender Artikel von Forschern um Lucca De Siena (Universität Aberdeen) veröffentlicht. Wie fast jede neue Studie um die Campi Flegrei schürt auch diese Arbeit sorgen um einen bevorstehenden Vulkanausbruch, der so stark sein könnte, dass er unsere Lebensart drastisch beeinflusst.

Die Forscher werteten in erster Linie seismische Daten von mehr als 10.000 Mikroerdbeben aus, die sich in der seismischen Hochaktivitätsphase 1983-84 ereigneten und fertigten ein tomographisches Model (wie es bereits am Yellowstone gemacht wurde) des Untergrundes der Campi Flegrei an. Die resultierende Grafik enthüllt Zonen, in denen es keine Erdbeben gab, oder in denen sich die Erdbebenwellen sehr langsam ausbreiteten. Laufzeitunterschiede von Erdbebenwellen werden durch unterschiedliche Dichte des Materials verursacht und deuteten in diesem Fall auf Fluide hin, die hier erstmalig direkt als Magma angesehen werden. Zudem korrelierten die Forscher die seismischen Daten mit verschiedene physikalischen und chemischen Parametern wie Deformation und Gasflux. Die Summe der Daten lässt nun den Rückschluss zu, dass während der seismischen Krise der 1980iger Jahre Magma aufstieg und dabei die gesamte Region um 180 cm anhob. Das Magma wurde nur durch eine 1-2 km mächtige Gesteinsschicht an der Eruption gehindert. Es soll sich in 4 km Tiefe direkt unter der Stadt Pozzuoli angesammelt haben und breitete sich dann entlang der deckelnden Gesteinsschicht aus. Ein großer Teil des Magmas migrierte in westlicher Richtung unter dem Meeresboden. Vor dem Golf von Pozzuoli liegen die Inseln Procida und Ischia. Der Boden bei Pozzuoli senkte sich wieder ab, als das Magma seitwärts abfloss. So lässt sich nicht einmal sagen, ob der nächste Ausbruch der Campi Flegrei wirklich innerhalb der Caldera stattfinden wird, oder ob sich das Magma außerhalb des eigentlichen Vulkansystems einen Weg nach oben sucht. Es ist auch durchaus möglich, dass eventuelle Anzeichen einer bevorstehenden Eruption übersehen werden, besonders, wenn sich diese am Meeresboden manifestieren sollten.

Aufgrund der Deckschicht wird die Campi Flegrei nun gerne mit einem Dampfdrucktopf verglichen, der jeder Zeit hoch gehen kann.

Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass ihre Arbeit nur den oberen Teil eines Magmareservoirs enthüllte, quasi die Spitze des Eisberges. Wie groß die Hauptkammer ist lässt sich nicht sagen. Obwohl die neuen Forschungsergebnisse den Zustand des Vulkans in den 1980iger Jahren beschreiben, steigert der Bericht die Angst vor einem baldigen Vulkanausbruch mit globalen Folgen. Diese Angst wurde zuletzt durch eine Arbeit Ende 2016 vergrößert. Seismische Aktivitätsphasen wie in den 1980iger Jahren ereigneten sich mehrmals in der Campi Flegrei. Sie wurden unter dem Phänomen des Bradyseismos beschrieben und man ging davon aus, dass hydrothermale Tiefenwässer für die Bodenhebung verantwortlich seien. Reservoirs mit diesen Fluiden entdeckten die Forscher der Uni Aberdeen ebenfalls. Bei allen Betrachtungen ist zu bedenken, dass sich Hebungsphasen bereits zu Zeiten der Römer ereigneten und dass sich der Boden dabei um bis zu 300 cm hob und senkte, ohne dass eine Eruption erfolgte!

Für mich ergeben sich folgende Rückschlüsse aus den Berichten der letzten Monate:

  • Der Vulkan Campi Flegrei ist ein aktives Vulkansystem und kein ruhender Vulkan.
  • Vor einer Eruption wird es deutliche Anzeichen von Magmenaufstieg geben.
  • Diese Anzeichen richtig zu interpretieren wird das große Kunststück sein, denn wir wissen erst wie sich der Vulkan vor einem Ausbruch verhalten wird, wenn eine Eruption mit modernen Instrumenten beobachtet wurde.
  • Ich rechne weder heute, noch morgen mit einem Vulkanausbruch der Campi Flegrei. Wir sollten Aussagen wie „jeder Zeit ausbrechen“ unter dem Aspekt geologischer Zeiträume betrachten: der Vulkan kann in ein paar Monaten, Jahren, oder Jahrtausenden ausbrechen.
  • Eine Immobilie würde ich mir im Gebiet der Campi Flegrei dennoch nicht kaufen.

Originalbericht bei nature.com

Antarktis: 91 neue Vulkane entdeckt

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In der Antarktis entdeckten Forscher nun die Spuren von 91 subglazialen Vulkanen die bisher im Verborgenen lagen. Die Vulkane liegen entlang des 3000 km langen Westantarktischen Grabenbruchs, wo bereits 47 Vulkane bekannt waren. Somit zählt die Vulkankette zu einer der Größten weltweit. Die Vulkane wurden von Forschern der Uni Edinburgh entdeckt. Maximillian van Wyk de Vries und seine Leute untersuchten Radarbilder der Antarktis und korrelierten diese mit anderen Messungen (Gravitation, Magnetik, Topografie des Eises) um die Vulkane zu identifizieren. Jetzt wollen sie herausfinden, ob die Feuerberge noch aktiv sind.

Es gibt Spekulationen, dass die Wärmestrahlung der Vulkane den Eisschild der Antarktis beeinflussen könnte. weitere Überlegungen befassen sich damit, dass ein schnelles Abschmelzen des Eises durch den Klimawandel, die Vulkane ausbrechen lassen könnte. Es gibt seit längerem die Vermutung, das isostatische Druckentlastung zu vermehrten Vulkanausbrüchen führen könnte.

Bei dem Westantarktischen Grabenbruch handelt es sich um ein divergentes Störungssystem, ähnlich dem Ostafrikanischen Riftvalley. Bekanntester Vulkan der Antarktis ist der Mount Erebus. in seinem Krater brodelt ein Lavasee.

Vulkaneifel: erwachen des Laacher See Vulkans?

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Gestern wurde in der WAZ-Onlineausgabe ein Artikel veröffentlicht, der eine steigende Aktivität der Vulkane der Westeifel proklamierte. Ein Wissenschaftler der Uni Duisburg-Essen wurde dabei zitiert, dass es Indizien für einen aktiven Magmenkörper geben würde, der sich derzeit in 40 km Tiefe befinde, ein Ausbruch könne viel schneller stattfinden, als bisher gedacht. Dafür würden neuste seismische Messergebnisse sprechen, sowie Gasanalysen der Mofetten im Laacher See und an der Lahn. Ich wurde darauf hin von besorgten Lesern kontaktiert, ob da denn etwas dran sei? 

Sicher ist es richtig, dass Vulkane auch ohne langfristige Vorzeichen relativ plötzlich eruptieren können. Besonders bei Vulkanen die lange ruhten und bei denen es keinerlei Aufzeichnungen von Eruptionen gibt, kann man sich nicht sicher sein, ob es kurzfristig nicht doch zu einem überraschenden Ausbruch kommen könnte. Mir liegen allerdings keinerlei Informationen vor, dass sich der Status der Vulkane in der Eifel in den letzten Jahren geändert hätte und halte eine unmittelbare, oder mittelbare Eruption für unwahrscheinlich.

Langfristig gesehen ist ein Vulkanausbruch im Gebiet der Vulkaneifel gut möglich, wenn nicht sogar wahrscheinlich. Wobei sich das „langfristig“ auf geologische Zeiträume bezieht, die sich in Jahrtausenden und Jahrmillionen rechnen.

Als Besorgnis erregende Anzeichen für eine baldige Eruption würde ich das Aufkommen von vulkanotektonischen Erdbeben ansehen, die in Tiefen weniger als 10 km liegen, kombiniert mit Bodendeformationen, einer deutlichen Änderung der Gaszusammensetzung und eine drastische Temperaturerhöhung der Gase. Um diese Anzeichen zu detektieren bedarf es natürlich ein vernünftiges seismisches Netzwerk und regelmäßige Untersuchung der Gase. Im reichen Deutschland sollte das eigentlich finanzierbar sein! 

Die im oben verlinkten Artikel erwähnten Gasaustritte und vereinzelten Erdbeben sind nur Indizien, dass sich Magma im Untergrund bewegen könnte, aber es sind keine genauen Aussagen darüber möglich, ob es sich tatsächlich um eine Aufheizphase handelt, oder um einen Abkühlungsprozess. Um genauere Aussagen treffen zu können, müsste man Veränderungen über lange Zeiträume dokumentieren. Im Cheb-Becken -da sind sich viele Wissenschaftler sicher- weisen Seismik (hier werden pro Jahr oft mehrere Tausend Mikrobeben registriert) und Veränderungen der Heliumisotop-Konzentrationen in Gasproben tatsächlich darauf hin, dass ein Magmenkörper dabei ist an der Grenze Erdmantel-Erdkruste in letztere einzudringen. Aber auch hier weiß man nicht was passieren wird. Es kommt durchaus häufig vor, dass Magmenkörper in die Erdkruste eindringen, ohne dass ein Vulkan ausbricht. Davon zeugen weltweit zahlreiche Plutone.