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.

Pompeji: Szenen des Überlebenskampfes

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Neues Haus mit Szenen eines Rettungsversuches in Pompeji entdeckt – Bett als letzter Schutzschild

Bei den jüngsten Ausgrabungen in Pompeji haben Archäologen eine eindrucksvolle Momentaufnahme der letzten Minuten vor dem Untergang der antiken Stadt freigelegt, die den verzweifelten Überlebenskampf einer Familie dokumentiert. Im sogenannten Haus von Elle und Phrixus an der Via del Vesuvio wurde ein Schlafzimmer entdeckt, dessen Eingang offenbar mit einem Bett blockiert wurde – vermutlich ein letzter Versuch, sich vor den herabregnenden Lapilli zu schützen.

Die Szene erzählt von der Verzweiflung der Bewohner: In dem Raum fanden sich die Überreste von mindestens vier Personen, darunter ein Kind, das ein typisches Bronzemedaillon – eine sogenannte Bulla – trug. Die Ausgrabungen legen nahe, dass die Opfer in ihrem Schlafzimmer Zuflucht suchten, nachdem Vulkanmaterial durch eine Öffnung im Dach in ihr Haus eindrang. Das Bett, das als Barrikade diente, konnte mithilfe von Gipsabgüssen rekonstruiert werden. Das Holz, aus dem es bestand, war im Laufe der Jahrtausende verfault und hinterließ Hohlräume in der verfestigten Vulkanasche. Die Hohlräume dienten als Blaupause für die Gipsabdrücke. Auf diese Methode gehen auch die schaurigen Gipsfiguren toter Menschen zurück, für die Pompeji bekannt ist.

„Pompeji konfrontiert uns mit der Schönheit antiker Kunst – und der Zerbrechlichkeit des Lebens“, sagt Parkdirektor Gabriel Zuchtriegel. Der dramatische Fund sei ein seltenes Zeugnis für den Versuch, inmitten der Katastrophe zu überleben.

Das Haus wurde nach einem mythologischen Wandgemälde benannt, das im Speisesaal (Triclinium) entdeckt wurde. Es zeigt die Geschwister Helle und Phrixus auf dem Rücken eines goldenen Widders, kurz vor Helles tödlichem Sturz ins Meer. Hierbei handelt es sich um ein tragisches Motiv der griechischen Mythologie, das durch die Umstände des Hausfundes eine besondere Tiefe erhält.

Neben menschlichen Überresten wurden zahlreiche Alltagsgegenstände gefunden: Amphoren mit Fischsauce (Garum), ein bronzener Hausrat mit Krug, Schöpfkelle und Muscheltasse sowie Vorräte aus einer Speisekammer.

Das Gebäude liegt nahe dem bekannten Haus von Leda und dem Schwan, das 2018 ausgegraben wurde. Beide Domus befanden sich offenbar während des Ausbruchs im Umbau, wie Spuren entfernter Türschwellen und unverzierter Wände zeigen. Möglicherweise wurden noch die Spuren des starken Erdbebens beseitigt, das sich im Jahre 62 ereignet hatte und große Schäden in Pompeji hinterließ. Heute interpretiert man dieses Erdbeben oft als ein Warnzeichen, dass sich der Vesuv auf eine Eruption vorbereitet hat. Allerdings sind solch starke Erdbeben 17 Jahre vor einem Vulkanausbruch sehr ungewöhnlich.

Der Untergang Pompejis wurde im Jahre 79 n. Chr. durch einen Ausbruch des Vulkans Vesuv ausgelöst. Die Eruption hatte einen VEI von 6 und stieß enorme Aschemengen aus. Doch die stärksten Zerstörungen und letztendlich der Untergang von Pompeji wurden von pyroklastischen Strömen verursacht. Später gingen auch Lahare vom Vesuv ab, die überwiegend zur Zerstörung von Herculaneum beitrugen. (Quelle: Archäologischer Park Pompeji)

Yellowstone: KI hilft bei Früherkennung

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Grand Prismatic Spring im Yellowstone Nationalpark. © Marc Szeglat

Forscher setzen Maschinelles Lernen und KI zur Vulkanüberwachung im Yellowstone ein – Früherkennung der Bildung neuer Geothermalfelder möglich

Die Entwicklung von Künstlicher Intelligenz mithilfe des Maschinellen Lernens schreitet in einem unvorstellbaren Tempo voran und ist aus vielen Bereichen des täglichen Lebens und der Forschung nicht mehr wegzudenken. Das Besondere an einer KI ist, dass ihr Wissen nicht einprogrammiert wird, sondern dass sie eigenständig aus Daten lernt. Diesen Vorgang nennt man Maschinelles Lernen. Mittlerweile wird dieses „elektronische Lernen und Denken“ auch in der Seismologie und Vulkanologie eingesetzt. Erst letzte Woche schrieb ich über den Einsatz von KI bei der Echtzeitbeobachtung und anschließenden Auswertung von Erdbeben während der seismischen Krise bei Santorin und dem Unterwasservulkan Kolumbos. Heute berichte ich über den Einsatz Maschinellen Lernens in der Yellowstone-Caldera.

Forschende des Yellowstone Volcano Observatory (YVO), das dem US Geological Survey (USGS) untersteht, setzen neuerdings Maschinelles Lernen ein, um die Entstehung neuer hydrothermaler Felder vorherzusagen. Da die Landschaft in der weitläufigen Caldera einem ständigen Wandel unterliegt und viele abgelegene Regionen in der bewaldeten Gebirgslandschaft nur schwer zugänglich und mit konventionellen Methoden kaum zu überwachen sind, wurde ein System weiterentwickelt, das ursprünglich von anderen USGS-Kollegen zur Exploration bislang unentdeckter geothermaler Felder im Westen der USA konzipiert wurde. Diese Gebiete könnten potenziell zur Stromerzeugung erschlossen werden. Im Fokus steht dabei das geologisch aktive Great Basin, das sich zwischen der Sierra Nevada im Westen und der Wasatchkette im Osten über mehrere US-Bundesstaaten erstreckt.

Mithilfe Maschinellen Lernens versuchen die Wissenschaftler, geologische Daten mit dem Vorkommen hydrothermaler Systeme zu korrelieren. Dabei kommen insbesondere sogenannte Entscheidungsbäume zum Einsatz, die Bedingungen identifizieren, unter denen hydrothermale Aktivität wahrscheinlich ist, die sich zur Stromerzeugung nutzen lässt.

Obwohl eine geothermische Energiegewinnung im Yellowstone verboten ist, da die Caldera unter dem strengem Schutz eines Nationalparks steht, könnten dieselben Analysewerkzeuge dazu dienen, dort neue Thermalgebiete im Embryonalstadium zu lokalisieren. In die ursprünglichen Entscheidungsbäume fließen geologische Parameter wie Wärmefluss, Tektonik, Seismizität und Spannungen ein. Da jedoch im Yellowstone-Plateau der Wärmefluss nahezu überall hoch ist, mussten die Entscheidungsbäume speziell angepasst werden, um zusätzliche geologische Faktoren zu berücksichtigen.

Solche Analysen könnten nicht nur Hinweise darauf geben, wo sich demnächst neue heiße Quellen, Schlammtöpfe oder Geysire bilden, sondern auch überraschende geologische Zusammenhänge aufdecken. Erste Ergebnisse zeigen eine starke Korrelation zwischen hydrothermaler Aktivität und geologischen Strukturen wie Verwerfungen, die den unterirdischen Flüssigkeitsfluss erleichtern. Die Forschung soll künftig klären, welche Kombinationen geologischer Bedingungen entscheidend sind – trotz durchgehend hoher Wärme.

Neben der konkreten Anwendung im Yellowstone könnten diese Erkenntnisse weltweit Bedeutung erlangen – etwa für Regionen wie das Taupō-Caldera-System in Neuseeland oder die Campi Flegrei in Italien. So hilft die Forschung nicht nur, die zukünftige Entwicklung im Park besser zu verstehen, sondern auch, das Potenzial geothermischer Energie andernorts besser zu nutzen.

Dass eine Überwachung des Hydrothermalsystems im Yellowstone notwendig ist und auch in entlegenen Arealen des Parks durchgeführt werden muss, zeigen die steten Veränderungen in der Caldera. So entstanden in den letzten Jahren nicht nur mehrere neue postvulkanische Manifestationen in den gut erschlossenen Teilen der Caldera, sondern es bildete sich sogar ein ganzes Thermalfeld in einem abgelegenen Teil des Parks. Rückwirkend durchgeführte KI-Analysen von alten Satellitenbildern zeigten, dass sich bereits im Jahr 2000 die Vegetation im Gebiet am Tern Lake veränderte – bemerkt wurde die Bildung des neuen Thermalgebiets von den Forschern aber erst im Jahr 2018.

Kolumbos, der Vulkan der Gold und Silber spuckt

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Forschungsmission untersuchte hydrothermale Sulfid-Lagerstätte am Kolumbos bei Santorin – Gold und Silber enthalten

Der griechische Unterwasservulkan Kolumbos liegt nordöstlich von Santorin und ist spätestens seit der seismischen Krise Anfang des Jahres Gegenstand zahlreicher Studien. Eine Forschergruppe um Simon Hector vom Karlsruher Institut für Technologie beschäftigte sich jedoch bereits zuvor mit den hydrothermalen Quellen im Kraterbereich des Vulkans und veröffentlichte ihre Ergebnisse kürzlich bei nature.com. Ziel der Untersuchung war es, die Prozesse zu verstehen, die zur Bildung einer umfangreichen Metallsulfid-Lagerstätte am Kraterboden geführt haben – und das in einer Wassertiefe von rund 500 Metern.

Mithilfe einer Unterwasserdrohne entdeckten Wissenschaftler schornsteinartige Strukturen, die als sogenannte „Black Smokers“ bekannt sind. Aus diesen Kaminen treten heiße, metallreiche und schwefelhaltige Fluide aus, die bei der Abkühlung im Meerwasser mit diesem reagieren. Dabei bilden sich Metallsulfide, die sich am Meeresboden ablagern und dort Lagerstätten entstehen lassen. Im Fall von Kolumbos fanden die Forscher ungewöhnlich große Mengen an Gold und Silber, die gemeinsam mit Sulfiden der Metalle Arsen (As), Blei (Pb), Kupfer (Cu), Quecksilber (Hg), Antimon (Sb), Zinn (Sn), Titan (Ti) und Zink (Zn) auftreten. Im Fokus der Forschungen stand dabei jedoch nicht das Edelmetallvorkommen, sondern das vergleichsweise preiswerte Element Blei – ein Schlüsselelement für die Herkunftsanalyse der hydrothermalen Lösungen.

Geologie des Vulkans Kolumbos

Der Unterwasservulkan Kolumbos liegt nordöstlich von Santorin im Anhydros-Riftbecken, einem Teil des südägäischen Vulkanbogens. Er befindet sich in einer geologischen Senkungszone mit tiefreichenden Verwerfungen. Unter dem Vulkan liegt ein mehrere Kilometer mächtiges Grundgebirge aus Granit, Gneis und Schiefern, überlagert von jüngeren Gesteinseinheiten. Das Vulkangebäude besteht aus 5 Schichten vulkanischen Materials. Die beiden jüngsten stammen vom letzten Ausbruch im Jahr 1650 und bestehen überwiegend aus rhyolitischem Bimsstein, mit basaltischen und andesitischen Einschlüssen.

Im Untergrund liegen zwei Magmakörper in unterschiedlichen Tiefen. Im Tieferen wird aus basaltischer Schmelze durch Reaktion mit dem granitischen Grundgebirge Rhyolith. Dieses steigt von der unteren Erdkruste aus auf und akkumuliert sich in einem zweiten Magmenkörper in nur 2 bis 4 Kilometer Tiefe unter dem Kolumbos.


Durch die Untersuchung des Bleis wollten die Forscher klären, ob die Metalle magmatischen Ursprungs sind – also aus einem Magmenkörper stammen – oder ob sie durch Auslaugung bereits vorhandener Meeresgesteine in Lösung gingen. Hierzu verglichen sie das Blei-Isotopenverhältnis in Gesteinsproben aus den Black Smokers mit dem potenzieller Ausgangsgesteine des Meeresbodens. Das Ergebnis: Das Isotopenverhältnis des Bleis in den Schlotwänden entspricht dem der vulkanischen Gesteine, die der Kolumbos gefördert hat.

Magmatische Gase transportierten neben Blei auch Arsen, Silber, Gold, Kupfer, Quecksilber, Antimon, Zinn und Zink. Das ebenfalls nachgewiesene Titan hingegen stammt aus der Auslaugung rhyolithischer Gesteine. Aus diesem Rhyolith stammen zudem Sulfide, die an der Bildung von Pyrit beteiligt waren. Verschiedene Salze sowie das Bleisulfid Galenit wurden durch hydrothermale Prozesse in die Meeresumgebung eingebracht. Im Pyrit identifizierten die Forscher unter dem Mikroskop wachstumsbedingte Zonierungen aus Galenit – ein Hinweis auf episodische Pulse magmatischer Fluide während des Wachstums der Schlote.

Insgesamt überwiegt der magmatische Anteil an den hydrothermalen Lösungen bei der Bildung der Sulfid-Lagerstätte im und am Kolumbos. Das spricht für das Vorhandensein eines aktiven Magmenkörpers unter dem Vulkan. Die austretenden hydrothermalen Fluide weisen Temperaturen von bis zu 265 °C auf – ein weiterer Beleg für die Präsenz von Magma im Untergrund. Lediglich der hohe Wasserdruck in 500 Metern Tiefe verhindert das Verdampfen der Fluide.

Wie hoch der Anteil an Gold und Silber in der Lagerstätte tatsächlich ist, bleibt offen. Doch ein Vulkan, der Gold und Silber hervorbringt, ist in jedem Fall bemerkenswert. (Quelle: nature.com)

Uturuncu: Studie erklärt Ursprung der Bodenhebung

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Studie enthüllt Quelle der Bodenhebung am Uturuncu in Bolivien

Der bolivianische Vulkan Uturuncu gehört zum Altiplano-Puna-Vulkankomplex, einem riesigen Vulkansystem, unter dem in der Erdkruste einer der größten bekannten Magmakörper der Welt steckt. Dieser Magmenkörper befindet sich in einer Tiefe von 15 bis 20 Kilometern. Obwohl der Uturuncu zum letzten Mal vor mehr als 250.000 Jahren eruptierte und deswegen eigentlich als erloschen gilt, entdeckten Geoforscher in den 1990er-Jahren, dass sich der Boden im Zentralbereich des Vulkans mit einer Rate von 1 bis 2 Zentimetern pro Jahr hebt, während es im Randbereich des Vulkankomplexes zu einer Absenkung des Bodens kommt. Zudem wurden Erdbeben detektiert und festgestellt, dass es fumarolische Aktivität gibt – sehr ungewöhnliche Vorkommnisse für einen eigentlich als erloschen eingestuften Vulkan. Diese Vorgänge schürten natürlich Sorge vor einem Vulkanausbruch.

Der Uturuncu ist über 6000 Meter hoch und erhebt sich aus einem System sich überlappender Calderen, die sich im Neogen bildeten. Diese Tatsache, gepaart mit dem Wissen um den gigantischen Magmenkörper im Untergrund, schürte Ängste vor einem sich möglicherweise zusammenbrauenden Supervulkanausbruch.

Seismische Tomografie generiert Bild des Fördersystems und gibt Entwarnung

Ein internationales Forscherteam aus China, Großbritannien und den USA hat nun neue Erkenntnisse über die Bodenhebung am Uturuncu gewonnen. Die neue Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift PNAS, kombiniert seismologische Daten, physikalische Modellierung und die Analyse der Gesteinszusammensetzung. Mithilfe von Signalen aus über 1.700 Erdbebenereignissen erstellte das Forschungsteam ein hochauflösendes, dreidimensionales Bild des Fördersystems unter dem Vulkan.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Unruhe durch das Aufsteigen von hydrothermalen Flüssigkeiten und Gasen verursacht wird, die sich in Reservoirs unter dem Krater sammeln und von dem tief liegenden Magmenkörper ausgehen. Magma in geringer Tiefe wurde nicht entdeckt, und somit gilt ein bevorstehender Ausbruch als unwahrscheinlich – eine Entwarnung für die lokale Bevölkerung, für die ein Ausbruch schwerwiegende Folgen hätte.

Island: Glasfaserkabel messen Bodendeformationen

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Folgen der Grabenbildung in Grindavik am 10. November 2023. © Marc Szeglat

Mit Glasfaser gegen die Lava – Wie Island die Vulkanüberwachung revolutioniert

Island, die Insel aus Feuer und Eis im Nordatlantik, ist zum Vorreiter einer bahnbrechenden Technologie geworden, die hilft, Vulkanausbrüche schneller und präziser vorherzusagen. Geowissenschaftler setzen dort auf ein Netzwerk aus Glasfaserkabeln, die ursprünglich für den Datenverkehr des Internets verlegt wurden und nun auch dazu genutzt werden, um kleinste Bodenbewegungen zu messen – und so die Vorzeichen von Magmaintrusionen wie jene vom 10. November 2023 in Grindavik frühzeitig zu erkennen.

Das Prinzip nennt sich Distributed Acoustic Sensing (DAS). Dabei werden bestehende – und mittlerweile auch neu verlegte – Glasfaserkabel mit speziellen Analysegeräten verbunden, die aus winzige Laufzeitunterschiede von Lichtimpulsen Veränderungen im Untergrund ableiten können. Jedes Kabel wird so zu Tausenden virtueller Sensoren. Auf Island hat diese Technik bereits erste große Erfolge erzielt: Besonders auf der Reykjanes-Halbinsel, wo sich der Boden seit 2020 immer wieder hebt, Risse bildet und neue Vulkanspalten aufbrechen, konnten Forscher Intrusionen von Magma in Echtzeit verfolgen und so Warnungen aussprechen. In einem Fall erkannte man auch, dass nur eine kleine Intrusion im Gang war, und verhinderte so einen Fehlalarm.

Eine aktuelle Studie zeigte, wie das Glasfasernetz half, die Entwicklung eines Dykes – eines magmatischen Gangs im Untergrund – zwischen den Sundhnúkur-Kratern und Grindavík aufzuzeichnen. Aus den gemessenen Dehnungen konnten die Wissenschaftler sogar die Geschwindigkeit berechnen, mit der sich das Magma im Untergrund ausbreitet. In einigen Fällen betrug sie zunächst fast einen Meter pro Sekunde, verlangsamte sich dann, als das Magma näher an die Oberfläche kam. Besonders eindrucksvoll: Schon bevor sich erste oberflächennahe Erdbeben zeigten, registrierte das Glasfaserkabel tiefere Bewegungen.

Inzwischen wird die DAS-Technik weltweit an Vulkanen getestet: am Ätna in Italien, am Kilauea auf Hawaii und sogar im Yellowstone-Gebiet der USA. Es gibt auch Überlegungen diese Technik in den italienischen Campi Flegrei anzuwenden. Überall dort versprechen sich Geophysiker neue Einblicke in die Entstehung von Ausbrüchen. Noch stehen viele dieser Projekte am Anfang – Island ist aktuell der einzige Ort, wo DAS bereits in einem operativen Überwachungsbetrieb eingesetzt wird.

DAS wird aber nicht nur in der Vulkanüberwachung eingesetzt. Ursprünglich wurde es zu Überwachung von Infrastruktur wie Pipelines, Gleisanlagen, Brücken und Tunneln entwickelt. Die Geoforscher haben die bereits existierende Technik adaptiert.

Wie funktioniert Distributed Acoustic Sensing (DAS)

Die Grundprinzipien von DAS sind einfach: Ein sogenannter Interrogator wird an ein Glasfaserkabel angeschlossen und sendet kontinuierlich Laserimpulse durch die Faser. Natürliche Unregelmäßigkeiten in der Glasfaser verursachen eine geringe Rückstreuung des Lichts (Rayleigh-Streuung). Wenn das Kabel durch externe Einflüsse wie Vibrationen, akustische Wellen oder Dehnungen beeinflusst wird, verändern sich die Eigenschaften des rückgestreuten Lichts minimal. Diese Veränderungen werden vom Interrogator erfasst und analysiert, um den Ort und die Art der Störungen entlang der Faser zu bestimmen. Dadurch ermöglicht DAS eine kontinuierliche und präzise Überwachung großer Netzwerke in Echtzeit.


Durch die Kombination von DAS-Daten mit Satellitenaufnahmen (InSAR), GNSS-Messungen und klassischen Seismometern entsteht ein nahezu lückenloses Bild der unterirdischen Vorgänge. Künftig könnten Bewohner gefährdeter Gebiete noch früher gewarnt werden – vielleicht Stunden oder sogar Tage vor einer Eruption.

DAS bietet den Vorteil, dass es gegenüber den satellitengestützten Messmethoden eine deutlich höhere zeitliche Auflösung bietet und bereits kleinere Bodendeformationen erfassen kann. Besonders bei InSAR-Messungen können Tage zwischen zwei Überflügen eines Satelliten über eine bestimmte Region vergehen. Dafür bietet diese Methode aber den Vorteil, dass sie überall auf der Welt funktioniert. Die DAS-Technik kommt vor allem im urbanen Siedlungsbereich zum Einsatz, dort, wo schon Glasfaserkabel liegen. Und natürlich auf Vulkanen, wo mittlerweile extra entsprechende Kabel verlegt werden. Das ist allerdings nicht ganz unkritisch zu betrachten, denn die Verlegung von Glasfaserkabeln geht nicht ohne Eingriff in die Natur vonstatten und diese Kabel verrotten natürlich nicht und bleiben lange Zeiträume erhalten. (Quelle: Studie science.org)

Aktuelle Situation auf Island

Apropos Island: Dort hat sich die Bodenhebung deutlich verlangsamt und nähert sich weiter den Werten an, die wir vor der Eruption Anfang des Monats gesehen haben. Auch die Erdbebentätigkeit der letzten Tage war geringer als in der Vorwoche, was aber zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass es durch starke Winde zu einer Beeinträchtigung in der Erdbebenerfassung kam. Unter Bardarbunga manifestierte sich gestern ein Erdbeben M 3,2.

Campi Flegrei: Neues Schwarmbeben und weitere Studie

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Weitere Studie bestätigt hohe Fluiddynamik in geringer Tiefe

Erst heute Morgen habe ich über eine neue Studie berichtet, die einen flach liegenden Magmenkörper unter dem Yellowstone-Vulkan identifizierte. Hierbei wurde das Bildgebungsverfahren der seismischen Tomografie eingesetzt. Einem neuen Bericht beim IGNV zufolge hat man eine vergleichbare Studie auch in den Campi Flegrei durchgeführt. Und ähnlich wie unter der Yellowstone-Caldera wurde auch hier ein Magmenkörper in nur 3,9 Kilometern Tiefe entdeckt.

Die INGV-Forscher untersuchten den Untergrund der Caldera Campi Flegrei in zwei Kampagnen, die 2020–22 und 2023–24 durchgeführt wurden, und verglichen die computergenerierten Modelle des Untergrunds, die dadurch entstanden, dass das Wellenverhalten tausender Erdbeben untersucht wurde. Die Forscher entdeckten unter der Caldera zwei Gebiete, in denen es zu einer anomalen Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der seismischen Wellen kam. Die erste Anomalie kommt durch eine erhöhte P-Wellen-Geschwindigkeit (Vp) in 3–4 km Tiefe unter Pozzuoli und dem angrenzenden Meer zustande. Die zweite zeigt sich in einer erhöhten S-Wellen-Geschwindigkeit (Vs) in rund 2 km Tiefe unter dem Fumarolengebiet Solfatara-Pisciarelli. Diese Anomalien stehen im Zusammenhang mit der beobachteten Bodenhebung und einer Zunahme der Seismizität. Der Vergleich der Daten der beiden Kampagnen belegte eine hohe Dynamik in dem Gebiet.

Die Vp-Anomalie kann entweder auf eine moderate magmatische Intrusion (< 1 km³), die überkritische Fluide enthält, oder auf die Ansammlung dichter Fluide wie Hochdruckwasser oder Gase zurückzuführen sein. Beide Prozesse erhöhen die seismische Geschwindigkeit gegenüber dem umgebenden porösen Gestein. Einige Studien deuten zudem auf einen Magmaaufstieg von 6 km auf etwa 3,9 km Tiefe hin. Diese Menge des aufgestiegenen Magmas ist jedoch zu gering, um tomographisch sicher nachweisbar zu sein.

Weitere Schwarmbeben unter der Caldera

Seit gestern kommt es auch wieder zu einem weiteren Erdbebenschwarm, der bis jetzt aus gut 30 Erschütterungen besteht. Er ist Ausdruck der dynamischen Prozesse unter den Campi Flegrei. Das stärkste Beben des Schwarms ereignete sich heute Morgen um 06:28:55 UTC und hatte eine Magnitude von 2,7. Der Erdbebenherd lag in 3,7 Kilometer Tiefe, Das Epizentrum wurde nordwestlich der Solfatara an der Tangentiale verortet. Die Bewohner der Region reagieren immer genervter auf die Beben. Es gibt Medienberichte, in denen die Anwohner mit den Worten zitiert werden, dass sie die Beben nicht mehr ertragen könnten.

Ein Ende der Hebungsphase ist indes nicht in Sicht und das INGV bestätigte in seinem jüngsten Wochenbericht ein Anhalten der Bodenhebung mit einer Geschwindigkeit von 20 mm pro Monat. Es gibt Hinweise auf eine leichte Reduzierung der Hebegeschwindigkeit. Dennoch hält der langjährige Trend der Druckbeaufschlagung an.

Yellowstone: Forscher entdecken oberflächennahen Magmenkörper

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Fumarolen und Geysire des Norris Geyser im Yellowstone lassen Druck ab. © Marc Szeglat

Oberflächennaher Magmenkörper unter dem Yellowstone entdeckt – trägt zur Stabilisierung des Systems bei

Seit vielen Jahren bemühen sich Geowissenschaftler, die Geheimnisse des Yellowstone-Vulkans zu entschlüsseln, und tatsächlich machen sie in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte. Diese wurden in erster Linie durch das vergleichsweise neue Bildgebungsverfahren der seismischen Tomografie ermöglicht, bei dem Erdbebenwellen dazu genutzt werden, ein computergeneriertes Bild des Untergrunds zu modellieren. Mit dieser Methode wurde nun ein flach liegender Magmenkörper entdeckt, der das Vulkansystem stabilisieren könnte

 

Bei der seismischen Tomografie nutzt man die Eigenschaft aus, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Reflexion von Erdbebenwellen materialeralspezifisch sind. Passiert eine Erdbebenwelle unterschiedliche Gesteine oder sogar Fluide und Schmelzen, ändert sich ihre Geschwindigkeit. Anhand von Laufzeitunterschieden können Wissenschaftler und ihre Computer so z. B. erkennen, ob sich im Untergrund ein Magmenkörper befindet. Bislang werteten Forscher meistens eine Vielzahl natürlicher Erdbeben aus, deren Wellen durch ein besonders dichtes seismisches Netzwerk aufgefangen und analysiert wurden. Nun kam eine Forschergruppe der Rice-Universität auf die Idee, Erdbebenwellen selbst zu erzeugen, und bediente sich eines Verfahrens, das schon seit Jahrzehnten bei der Rohstoffexploration eingesetzt wird: Vibroseis. Mit Hilfe schwerer LKWs, die mit Rüttelplatten ausgestattet sind, wurden niederfrequente Vibrationen in den Untergrund des Yellowstones geschickt und ein Array aus 650 Geofonen ausgelegt. Mit den so gewonnenen seismischen Daten modellierte man am Computer ein neues Bild des flacheren Untergrunds der Yellowstone-Caldera.

Die Forscher entdeckten einen Magmenkörper, dessen kuppelförmige Oberfläche in nur 3,8 Kilometer Tiefe im nordöstlichen Teil der Caldera liegt. Sie besteht aus silikatischer Schmelze und Fluiden, die sich in einem porösen Gestein sammelten. Laut den Forschern könnte diese Magmakappe eine regulierende Wirkung auf den tiefer liegenden Magmenspeicher haben und diesen stabilisieren, indem sie Druck und Wärme zurückhält und den Ausstoß an Fluiden über das Hydrothermalsystem reguliert. So soll diese Magmakappe einen Vulkanausbruch (vorläufig) verhindern.

Bei der Entdeckung von Schmelze und Fluiden spielten nicht nur Laufzeitunterschiede eine Rolle, sondern auch die Reflexionen von P-Wellen und ihre Umwandlung in S-Wellen. Es gibt Hinweise darauf, dass sich die Fluide in einem überkritischen Zustand befinden und ca. 375 Grad heiß sind.

Struktur der Magmakappe baut Druck über Fluidefluss ins Hydrothermalsystem ab

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass in der geringen Tiefe, in der sich die Oberseite des Magmenkörpers befindet, aufgrund des geringen Umgebungsdrucks Gase wie Wasser und Kohlendioxid aus der Schmelze freigesetzt werden und Blasen bilden, die sich im oberen Bereich des Reservoirs ansammeln. Solche Blasenansammlungen gelten als mögliche Auslöser für explosive Vulkanausbrüche, vor allem, wenn sie sich nicht an der Oberseite des Magmenkörpers bilden, sondern in tieferen Regionen des Reservoirs. Computermodelle und seismische Daten deuten darauf hin, dass die Blasen im Yellowstone-Magmenkörper nicht in gefährlichen Mengen zurückgehalten werden, sondern effizient über Risse und poröses Gestein wie durch ein Überdruckventil entweichen können.

Zudem werden große Mengen magmatischer Gase über das hydrothermale System an die Oberfläche transportiert. Diese kontinuierliche Entgasung verhindert, dass sich Druck im Reservoir gefährlich aufbaut. Das Magmenreservoir selbst wird als kristallreich mit einer Porosität von weniger als 30 % beschrieben – Eigenschaften, die laut Modellierungen eine Entweichung der Gase begünstigen.

Obwohl Studien in den letzten Jahren herausfanden, dass unter Yellowstone wesentlich mehr Magma vorhanden ist, als früher vermutet wurde, und sich diese Schmelze in relativ geringer Tiefe befindet, sehen die Forscher derzeit keine Anzeichen für einen unmittelbar bevorstehenden Ausbruch. Vielmehr scheint sich das System in einem Gleichgewichtszustand zu befinden, in dem Gas- und Wärmeaustausch aktiv reguliert werden – ein Zustand, der vom Leiter der Studie, Prof. Brandon Schmandt, als „stabil atmend“ beschrieben wird.

Darüber, wie lange das Vulkansystem des Yellowstones stabil bleibt, gibt die Studie keine Auskunft. Die angewendeten Techniken sollte man meiner Meinung nach auch in den Campi Flegrei anwenden, um den dortigen Bradyseismos besser zu verstehen. (Quellen: Nature, Pressemeldung Rice Universität)

La Palma: Eruptionszyklen entschlüsselt

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Ausbruch des Tajogaite-Vulkans auf La Palma 2021. © Marc Szeglat

Neue Studie zeigt mit Hilfe von Paläomagnetik Zyklen der vulkanischen Aktivität auf La Palma

Die vulkanische Aktivität auf La Palma verlief in mehreren deutlich voneinander getrennten Phasen. Das geht aus einer neuen Studie hervor, die ein internationales Forschungsteam mithilfe paläomagnetischer Analysen erstellte. Dabei wurde das Alter von acht holozänen Ausbrüchen genau bestimmt.

La Palma sorgte vor 4 Jahren für einiges an Aufregung, als es am Cumbre Vieja zu einem Vulkanausbruch kam, der mehrere Monate anhielt und große Schäden an der Infrastruktur anrichtete. Damals wurden innerhalb von 90 Tagen fast 3000 Gebäude zerstört. Praktisch eine ganze Siedlung wurde dem Erdboden gleichgemacht. Kein Wunder also, dass man daran interessiert ist, Eruptionen besser vorhersagen zu können, um auch Neubauprojekte besser planen zu können, was bekanntermaßen sehr schwierig ist.

Ein Forscherteam unter Leitung von Andrea Magli fand heraus, dass sich während der letzten 4.000 Jahre Eruptions- und Ruhephasen auf La Palma abwechselten, so dass sich Eruptionszyklen herausbildeten. In einer frühen Eruptionsphase ereigneten sich innerhalb von 1700 Jahren nur 3 Eruptionen, gefolgt von einem Jahrtausend der Ruhe. Die aktuelle Periode ist hingegen deutlich aktiver: In den letzten 1100 Jahren kam es statistisch betrachtet etwa alle 100 Jahre zu einem Ausbruch – zuletzt 2021 beim Cumbre Vieja, bei dessen Ausbruch der Schlackenkegel Tajogaite entstanden war. Zu beachten gilt allerdings, dass solche Betrachtungen stark glätten, denn tatsächlich ereigneten sich in den letzten 100 Jahren 3 Eruptionen auf La Palma.

Die Erkenntnisse stammen aus einer paläomagnetischen Untersuchung, bei der die Ausrichtung magnetischer Mineralien in Lavagestein analysiert wurde. Diese richten sich beim Abkühlen der Lava nach dem Erdmagnetfeld aus und speichern so Informationen über den Zeitpunkt des Ausbruchs. Da sich das Magnetfeld der Erde im Laufe des Holozäns in seiner Polarität bereits 5 Mal verändert hat, lassen sich die Proben bestimmten Zeiträumen zuordnen – vorausgesetzt, man vergleicht sie mit weiteren Methoden wie Kohlenstoff-14-Datierung oder der Stratigraphie.

Die Forscher analysierten 300 Gesteinsproben von acht dokumentierten Ausbrüchen auf La Palma. Dabei wurden die Proben mit höchster Präzision entnommen und später im Labor in Rom untersucht. Die Resultate lieferten nicht nur Datierungen, sondern auch neue geologische Erkenntnisse: So könnte etwa ein Drittel des Südens der Insel in einem besonders intensiven Eruptionszyklus innerhalb von 2–3 Jahrhunderten entstanden sein.

Langfristig soll das Projekt auf den gesamten Kanarischen Archipel ausgeweitet werden. Proben wurden bereits auf Teneriffa und El Hierro entnommen, weitere Untersuchungen auf Gran Canaria, Fuerteventura und Lanzarote sind geplant. Ziel ist es, Aktivitätsmuster der letzten 10.000 Jahre zu identifizieren und dadurch das Vulkanrisiko auf den Inseln besser einzuschätzen.

Meiner Meinung nach bringen diese Erkenntnisse allerdings wenig in Bezug auf die Vorhersage von Eruptionen, sondern bestätigen nur, dass man sich aktuell in einem Eruptionszyklus befindet. Der nächste Ausbruch könnte in ein paar Jahrzehnten erfolgen oder aber auch erst in Jahrhunderten. Ebensogut könnte der aktuelle Eruptionszyklus jederzeit enden.

Was mich persönlich interessieren würde, wäre, was solche Eruptionszyklen erzeugt. letztendlich gibt es diese auch in anderen Vulkanregionen, etwa auf der isländischen Reykjanes-Halbinsel.

Übrigens, auf La Palma erwägt man den Bau von gleich 3 Seilbahnen. Eine soll über den Tajogaite hinwegführen. Offenbar plant man nicht besonders langfristig auf La Palma. (Quellen: Studie bei Science Direct, Presseberichte)

Island und die Katastrophen vom Breiðamerkurjökull

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Blick über den Sander, der Gletscherzunge Breiðamerkurjökull bis zum Vulkan Öræfajökull. © Marc Szeglat

Breiðamerkurjökull: Wie eine Klimakatastrophe und ein Vulkanausbruch eine der faszinierendsten Landschaften Island prägten

Nirgendwo sonst auf der Erde liegen Schöpfung und Zerstörung so dicht beisammen wie an Vulkanen. Und kaum eine andere Landschaft der Erde ist von den Kräften des Vulkanismus mehr geprägt als Island, wo Feuer und Eis zusammen treffen. Hier die Geschichte eines einst blühenden Tals, dass heute eisige Touristenattraktionen liefert und Brennpunkt des Klimawandels ist.

Island wurde seit der Landnahme durch die Wikinger im Jahr 870 von zahlreichen Naturkatastrophen heimgesucht. Eine der schwerwiegendsten verwandelte ein bis dahin bewaldetes Tal im Osten der Insel in eine Ödnis – ein Ort, der heute paradoxerweise zahlreiche Touristen anzieht. Die Rede ist vom Tal zu Füßen der Gletscherzunge Breiðamerkurjökull, die vom größten Gletscher Europas, dem Vatnajökull, ausgeht. Heute befindet sich dort die Sanderfläche Breiðamerkursandur, in der die Gletscherlagune Jökulsárlón liegt – ein Relikt besagter Katastrophe.

Nach der Landnahme war die Region um den Breiðamerkurjökull unter dem Namen Litlahérað bekannt. Damals waren der Vatnajökull und auch seine Gletscherzungen deutlich kleiner als heute, denn Island erlebte ein milderes Klima. Die ersten Siedler nutzten die fruchtbaren Ebenen und Täler am Rand des Vatnajökull für Viehzucht und Ackerbau.

Doch das änderte sich im 13. Jahrhundert – zunächst allmählich, dann schlagartig: Es setzte eine Kälteperiode ein, die als „Kleine Eiszeit“ bekannt wurde und das Klima zwischen ca. 1300 und 1850 prägte. In dieser Phase wuchs der Breiðamerkurjökull erheblich an und rückte immer weiter ins Tal vor. Die Siedler mussten ihre Höfe nach und nach aufgeben und wurden vom Eis verdrängt.

Im Jahr 1362 wurde der Prozess durch den Ausbruch eines am Rand des Gletschers liegenden Vulkans signifikant beschleunigt. Der Ausbruch des Öræfajökull – dem höchste Vulkan Islands –  zählt zu den verheerendsten Katastrophen in der isländischen Geschichte. Gewaltige Mengen Asche und Bimsstein wurden über weite Teile des Landes verteilt, und es kam zu starken Gletscherläufen, die ganze Siedlungen zerstörten.

Die Region Litlahérað wurde infolge der Eruption endgültig unbewohnbar und erhielt fortan den Namen Öræfi, was „Ödland“ bedeutet – ein Begriff, der später auch den Vulkan selbst prägte. Mit dem Ausbruch setzte ein beschleunigter Vorstoß des Gletschers ein, der um 1890 seine größte Ausdehnung in historischer Zeit erreichte: Die Gletscherzunge reichte damals fast bis an den Atlantik.

Mit der darauf folgenden Klimaerwärmung zog sich der Gletscher allmählich zurück. Um 1935 entstand durch das Abschmelzen eine kleine Lagune – der Beginn der heutigen Jökulsárlón. Seither hat sich die Lagune stark vergrößert und bedeckt mittlerweile über 25 Quadratkilometer. Gewaltige Eisbrocken brechen regelmäßig von der Gletscherfront ab und treiben durch die Lagune in Richtung Meer, wo sie an den schwarzen Stränden von Breiðamerkursandur angespült werden – darunter auch der bekannte Diamond Beach. Beides, Strand und Gletscherlagune sind beliebte Touristenhotspots. Eine weitere Touristenattraktion sind die kristallblauen Eishöhlen am Rand des Gletschers.

Diese Gletscherlandschaft ist heute ein eindrucksvolles Beispiel für den rasanten Wandel im Zeitalter des Klimawandels. Sie zeigt, wie eng Natur, Klima und menschliche Geschichte miteinander verflochten sind – und wie stark sich Island in nur wenigen Jahrhunderten verändert hat.

Zugleich macht die Geschichte aber auch deutlich, wie dynamisch das Erdklima schon immer war – ganz unabhängig vom Menschen. Nicht selten hatten mächtige Vulkanausbrüche einen entscheidenden Einfluss. Im Fall der Kleinen Eiszeit wirkten vermutlich mehrere Faktoren zusammen, die vor allem auf der Nordhalbkugel für eine Abkühlung sorgten:
Neben zahlreichen Vulkanausbrüchen trug vermutlich auch das sogenannte Maunder-Minimum (1645–1715) zur Abkühlung bei – eine Phase mit besonders geringer Sonnenaktivität und wenigen Sonnenflecken. Auch eine mögliche Abschwächung des Golfstroms wird diskutiert. Dennoch ist bis heute nicht vollständig geklärt, welche Mechanismen genau zur Kleinen Eiszeit führten.

Bemerkenswert ist, dass die Kältephase ausgerechnet in dem Zeitraum endete, den man heute als Referenzwert für die vorindustrielle Temperatur im Kontext des anthropogenen Klimawandels heranzieht. Das macht es – aus meiner Sicht – nicht ganz einfach, den menschlichen Anteil an der aktuellen Klimaerwärmung exakt zu bestimmen.