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.

Island: Bardarbunga lädt auf

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Erdbeben und Bodenhebung am Bardarbunga deuten auf Magmenaufstieg hin

Zwei Tage nach dem vergleichsweise starken Erdbeben der Stärke 5,1, das sich unter dem subglazialen Vulkan Bardarbunga auf Island ereignete, äußerten sich Experten in der isländischen Zeitung MBL. Benedikt Gunnar Ófeigsson, Deformationsspezialist beim IMO, und der inzwischen emeritierte Geophysik-Professor Páll Einarsson kommentierten unabhängig voneinander die Ereignisse am Vulkan unter dem Gletscher Vatnajökull. Beide sind der Meinung, dass die seismische Aktivität in diesem Jahr mindestens genauso hoch ist wie unmittelbar nach der Holuhraun-Eruption im Jahr 2014.

Sie gehen davon aus, dass die Erdbeben – in diesem Jahr wurden vier Erschütterungen mit Magnituden im Bereich um 5 registriert – durch aufsteigendes Magma verursacht werden. Die Schmelze sammelt sich in einem flach liegenden Magmenkörper unter der Caldera und übt von unten Druck auf das Calderadach aus. Dieses Dach wird von einem ringförmigen Störungssystem umgeben, das durch den Druck von unten unter Spannungen gerät und diese Spannungen durch Erdbeben abbaut. Bei stärkeren Erdbeben kann es zu Gesteinsbrüchen in diesen Störungen kommen, und es ist nachgewiesen, dass es dabei zu einem vertikalen Versatz des Calderadaches im Bereich der Epizentren kommen kann.

Die tektonischen Prozesse der Caldera wurden bereits in Studien untersucht. Eine dieser Studien, die mir von Mike Schüler aus unserer Facebook-Gruppe empfohlen wurde, fokussierte sich auf mehrere stärkere Erdbebenphasen vor und nach der Eruption, insbesondere auf Vorgänge im südlichen Bereich der Calderaringstörung. Das wesentliche Ergebnis der Studie zeigt, dass sich die Bewegungsrichtungen während und nach der Eruption umgekehrt haben: Während der Eruption kam es zu einer Abwärtsbewegung, danach zu einer Aufwärtsbewegung. Diese Umkehrung wurde durch InSAR- und GPS-Messungen bestätigt und deutet darauf hin, dass sich die Caldera nach der Eruption infolge des Magmenaufstiegs wieder aufbläht. Die Ähnlichkeit der Bruchzonen und ihrer Ausrichtungen in beiden Phasen legt nahe, dass dieselbe Verwerfung am Calderarand erneut aktiv ist. Die Studie wurde im Oktober 2022 veröffentlicht.

Aus den aktuellen Äußerungen der beiden Experten lässt sich schließen, dass die Aktivität inzwischen zugenommen hat und sich die Hebung der Caldera beschleunigt. Direkt nach der Eruption wurde angenommen, dass es möglicherweise Jahrhunderte dauern würde, bis Bardarbunga wieder für eine Eruption bereit ist. Diese Einschätzung scheint mittlerweile überholt, und es wird angedeutet, dass eine neue Eruption viel früher als bisher angenommen erfolgen könnte. (Studie: https://doi.org/10.1029/2021GL097613)

Hunga-Tonga-Ha’apai: Eruption sorgte für Plankton-Explosion

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Vulkanausbruch des Hunga-Tonga- Hunga Ha’apai düngte die Meere und verursachte Vermehrung von Phytoplankton – klimatische Auswirkungen wahrscheinlich

Über die größte Eruption seit der Tambora-Katastrophe im Jahr 1815 habe ich auf Vnet bereits viel geschrieben und auch über die möglichen Auswirkungen des Ausbruchs vom Hunga Tonga-Hunga Haʻapai auf das Weltklima spekuliert. Auch führende Wissenschaftler beschäftigen sich intensiv mit den Folgen dieses Ereignisses und forschen in verschiedenen Bereichen. Ein Aspekt der Eruption, der in den letzten Monaten von einer internationalen Forschergruppe um Studienleiterin Zhouling Zhang von GEOMAR untersucht wurde, ist die explosionsartige Vermehrung von Phytoplankton: Bereits zwei Tage nach der Vulkankatastrophe, die die umliegenden Inseln des Königreichs Tonga verwüstete, Tsunamis auslöste und unvorstellbare Mengen Asche, Gas und Wasserdampf in die Atmosphäre schleuderte, begann eine massive Phytoplanktonblüte.

Dieses stark wachsende Plankton wurde zunächst auf Satellitenbildern in der Umgebung des Vulkans nachgewiesen und breitete sich in den folgenden Wochen und Monaten weiter aus. Zunächst war die betroffene Fläche etwa 61.000 Quadratkilometer groß und somit etwas kleiner als das Bundesland Bayern.

Die Wissenschaftler führten diese Entwicklung auf den Vulkanausbruch zurück. Die Eruption setzte etwa 2,9 Milliarden Tonnen Tephra frei, die sich über den Südpazifik verteilte und schließlich abregnete. Vulkanisches Material ist reich an Mineralien, die sowohl auf Land als auch im Meer als Dünger wirken. Im Fall des Phytoplanktons spielten insbesondere Eisen und das Spurenelement Neodym eine zentrale Rolle, da sie die Ozeane mit Nährstoffen anreicherten und so die Vermehrung des Planktons auslösten. Mit den Meeresströmungen verteilten sich die Nährstoffe bis vor die Küste des äquatorialen Südamerikas.

Mit Hilfe von Computersimulationen fanden die Forscher heraus, dass die durch den Ausbruch eingebrachten Nährstoffe der natürlichen jährlichen Nährstoffzufuhr der Region entsprachen. Dadurch stand dem Phytoplankton die doppelte Menge an Nährstoffen zur Verfügung, was die außergewöhnliche Blüte erklärte.

Diese Phytoplanktonblüte könnte sich auch auf das Weltklima auswirken. Die gute Nachricht: Phytoplankton absorbiert durch Photosynthese Kohlendioxid und spielt eine Schlüsselrolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Frühere vulkanische Ereignisse, wie der Ausbruch des Mount Pinatubo 1991, führten zu einer messbaren Verlangsamung des Anstiegs des atmosphärischen CO₂. Der Ausbruch des Hunga Tonga-Hunga Haʻapai im Januar 2022 könnte ähnliche Effekte haben, indem er die biologische Produktivität der Ozeane steigert und so deren Fähigkeit zur CO₂-Aufnahme verbessert. Dies könnte indirekt zu einer globalen Abkühlung oder zumindest zu einer Verlangsamung der Erderwärmung beitragen. Allerdings hat der Ausbruch auch direkte Auswirkungen auf die Atmosphäre, deren genauer Umfang noch erforscht wird.

Ein bislang wenig beachteter Aspekt der Phytoplanktonblüte ist ihre potenzielle Auswirkung auf die Albedo des Meerwassers. Ein dichter Planktonteppich verändert die Lichtreflexion an der Wasseroberfläche, wodurch weniger Licht und Wärme ins Weltall zurückgeworfen werden. Dies könnte dazu beitragen, die Wassertemperatur zu erhöhen. Erst kürzlich berichteten Wissenschaftler über einen plötzlichen Anstieg der Meerestemperaturen im März 2023, der schwer zu erklären ist. Damals wurde eine Erhöhung der Wassertemperaturen in vielen Ozeanen um bis zu 1,5 Grad gemessen, und die Werte sind seither kaum gesunken. Derzeit wird dies hauptsächlich dem anthropogenen Klimawandel zugeschrieben. Dennoch erscheint es zumindest überlegenswert, ob es einen Zusammenhang mit der massiven Vermehrung des Phytoplanktons geben könnte.

Generell ist Phytoplankton essenziell für das Leben auf der Erde: 50 bis 80 Prozent des durch Photosynthese produzierten Sauerstoffs stammen von diesen winzigen Organismen. Gleichzeitig bildet es die Grundlage des marinen Nahrungskreislaufs. Allerdings sterben die riesigen Planktonmassen irgendwann ab und verbrauchen bei ihrer Zersetzung nicht nur Sauerstoff, sondern setzen auch CO₂ und organische Substanzen frei, die wiederum als Nährstoffe dienen. Ein Teil des toten Planktons sinkt in die Tiefsee, wo es unter anaeroben Bedingungen konserviert werden kann. Mit der Zeit und unter Sedimentabdeckung können auf diese Weise Erdöl- und Gasvorkommen entstehen.

Die Auswirkungen des Vulkanausbruchs könnten also weitreichender und komplexer sein, als es auf den ersten Blick scheint. (Quelle der Studie: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52904-3)

Erdmantel möglicherweise homogener als angenommen

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Studie zur Zusammensetzung des Erdmantels anhand von Lavaproben von Hot-Spot Vulkanen verändert möglicherweise das Weltbild

Über die genaue Beschaffenheit des Erdmantels und die Entstehung von Magma wurde schon so mach eine Studie erstellt, doch bis jetzt sind einige Aspekte der Magmen-Entstehung genauso rätselhaft wie die genaue Beschaffenheit des Erdmantels, in dem sich die Schmelze durch komplexe Vorgänge bildet und verändert. Bisherige Modelle, die die Entstehung von Magma an sogenannten Hotspots erklären sollten, könnten dabei unnötig komplex sein, wie eine Studie des Schwedischen Naturkundemuseum zeigt, die im September in Nature Geoscience veröffentlicht wurde und nun durch die Deutsche Presse geistert.

Die Geowissenschaftler Prof. Smit und Dr. Kooijman untersuchten Lavaproben von ozeanischen Hotspot-Vulkanen die für gewöhnlich basaltischer Natur sind sich aber in ihrer chemischen Zusammensetzung voneinander unterscheiden können, wobei es hauptsächlich zu großen Unterschieden in den Konzentrationen von Spurenelementen, Radiogenen und Isotopen kommt. Um diese unterschiedliche Zusammensetzungen zu erklären, nahm man bislang an, dass das Material des Erdmantels, aus dem die Hotspots bzw. Mantelplumes aufsteigen heterogener Zusammensetzung ist. Um diese Zusammensetzung zu erklären, bediente man sich Konstrukten von verschiedene Magmendomänen und alten „primordiale Reservoire“ im Erdmantel.

Als „primordiales Reservoir“ bezeichnet man eine Magmaquelle im Erdmantel, die seit der Entstehung der Erde nahezu unverändert geblieben sein soll. Solche Reservoirs wären theoretisch Überreste des Urmantels, der sich kurz nach der Entstehung der Erde bildete und seitdem nicht durch die Prozesse der Mantelkonvektion durchmischt wurde. Generell ist es aber schwer zu erklären, warum diese Durchmischung ausgeblieben sein sollte.

Die Forscher der Studie zeigten nun in einem mathematischen Modell, dass die chemischen Variationen der grundlegend basaltischen Laven, die von Vulkanen wie jenen auf Hawaii und den Kanaren gefördert werden aus einem einheitlichen Magma hervorgehen, das sich während des Aufstiegs vor der Eruption an einem Vulkan, durch Reaktion mit den umgebenden Gesteinen chemisch verändert.

Dies lässt darauf schließen, dass der Erdmantel chemisch viel homogener ist, als bisher angenommen, und dass basaltische Lava erst auf ihrem Weg zur Oberfläche ihre charakteristische chemische Zusammensetzung annimmt.

Die neue Untersuchung stellt die bisherigen Annahmen zu Hotspot-Lava und dem Erdmantel grundlegend infrage. Die Forschenden vergleichen dies mit der Evolution des Menschen, die einen gemeinsamen Ursprung hat und sich in unterschiedlichen Regionen unterschiedlich entwickelte.

Die Studie liefert auch neue Erkenntnisse über Verbindungen zwischen ozeanischer Hotspot-Lava (OIBs) und bestimmten kontinentalen Basaltlaven, die beispielsweise diamanthaltige Kimberlite enthalten. Diese unterschiedlichen Laven könnten denselben „magmatischen Ursprung“ haben.

Diagramm zur Entstehung und Differentiation der Ozeanischen Inselbasalte. © nature.com/ Matthijs A. Smit & Ellen Kooijman

Wo genau der Ursprung der primären Schmelzen liegt und wie er aussieht, darüber gibt die Studie allerdings keine genaue Auskunft. Und ganz ohne Konstrukte kommt das mathematisch erstellte Modell des Erdmantels dann doch nicht aus, denn es wird eine Zone im unteren Erdmantel postuliert, die als verarmt in Bezug auf bestimmte Elemente bezeichnet wird, und eine davon isolierte Schicht, die sich im Erdaltertum bildete und Ursprung einer angereicherten Mantelflüssigkeit sein soll, die sich im oberen Erdmantel nahe der Asthenosphäre ansammelte. Die im Mantelplume aufsteigende Schmelze interagiert mit der Mantelflüssigkeit und den Gesteinen der Erdkruste und soll so die chemische Vielfalt der Ozeanischen Inselbasalte hervorbringen.

(Quellen: Nature Geoscience (https://phys.org/news/2024-09-envisions-earth-mantle-uniform-reservoir.html), Pressemeldung phys.org)

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai: mögliches Vorwarnzeichen entdeckt

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Studie benennt spezielle Erdebenwellen als mögliches Vorwarnzeichen der Katastrophe am Hunga Tonga-Hunga Ha’apai

Im Januar 2022 kam es zu einer gewaltigen Eruption am abgelegenen Inselvulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, der bereits mehrfach Thema bei uns bei Vnet war. Der Vulkan war erst vor kurzem aufgetaucht und bildete eine temporäre Insel, die sich bei der gewaltigen Eruption jedoch selbst zerstörte, wodurch Hunga Tonga-Hunga Ha’apai wieder zu einem submarinen Vulkan wurde.

Der Ausbruch am 15. Januar 2022 markierte das große Finale einer Eruptionsserie, die bereits im Dezember des Vorjahres begonnen hatte und zunächst moderat verlief. Niemand hatte die massive Explosion erwartet, die nicht nur die junge Vulkaninsel vernichtete, sondern auch Vulkanasche und enorme Mengen Wasserdampf bis in eine Höhe von 57 Kilometern aufsteigen ließ – die höchste jemals gemessene Eruptionswolke. Die Druckwellen der Explosion liefen mehrfach um den Erdball und ließen Seismometer weltweit erzittern.

War die Eruption wirklich so überraschend? Nein, sagen Forscher um den japanischen Vulkanologen Mie Ichihara, die Seismogramme nach möglichen Vorzeichen untersuchten – und fündig wurden. Vor der großen Eruption breiteten sich sogenannte Rayleigh-Wellen an der Erdoberfläche aus, deren Ursprung im Tonga-Archipel lag. Diese Wellen wurden von zwei Seismometern auf den Inseln Fidschi und Futuna aufgezeichnet.

Rayleigh-Wellen, die bei Erdbeben und Vulkanausbrüchen entstehen, sind langsamer als die bekannten P- und S-Wellen von Erdbeben. Während sich P- und S-Wellen durch das Erdinnere bewegen, pflanzen sich Rayleigh-Wellen entlang der Oberfläche fort und zeigen ein komplexes Schwingungsmuster.

Vermutlich wurde diese Welle durch einen Riss in einem schwachen Bereich der ozeanischen Kruste unter der Caldera des Vulkans verursacht, durch den große Mengen Meerwasser bis zum Magmakörper vordringen konnten. Das Wasser verdampfte explosionsartig und löste eine phreatomagmatische Eruption aus – eine der stärksten Arten vulkanischer Explosionen, die bereits mehrere Inselvulkane zerstört hat, darunter den berühmten Krakatau. Solche Eruptionen können auch an gletscherbedeckten Vulkanen auftreten. So geht man etwa davon aus, dass auch der Ausbruch des Laacher-See-Vulkans phreatomagmatischen Ursprungs war, obwohl es vor der Eruption keinen See an dieser Stelle gab. Ob hier Grundwasser oder Wasser vom nahegelegenen Rhein die Quelle war, ist ungewiss.

Obwohl die genauen Auslöser des calderabildenden Ausbruchs unbekannt sind, wird vermutet, dass ein langer Prozess vorausging. Das frühzeitige Erkennen solcher Vorzeichen könnte Küstenregionen mehr Zeit geben, sich auf drohende Tsunamis vorzubereiten.

Allerdings gibt es einen Haken: Die Rayleigh-Wellen wurden etwa 15 Minuten vor Beginn der Eruption registriert, und die Seismometer befanden sich rund 750 Kilometer entfernt vom Vulkan. Es bleibt also nur wenig Zeit, um die Bevölkerung vor einer möglichen Katastrophe zu warnen.

Die Studie verdeutlicht jedoch, dass phreatomagmatische Eruptionen sich tatsächlich sehr schnell entwickeln können, sobald Magma mit Wasser in Kontakt kommt.

Vulkan Lastarria speit Arsen aus

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Vulkan Lastarria in Chile stößt große Mengen Arsen aus, wie eine neue Studie nachwies

Die ältere Generation wird ihn vielleicht noch kennen, den Film „Arsen und Spitzenhäubchen“, mit Cary Grant in einer der Hauptrollen. In dem Film vergiften zwei ältere Damen einsame Männer aus Mitleid mit Arsen. Dieses Halbmetall mit der Ordnungszahl 33 im Periodensystem ist ein potentes Gift. Regelmäßig in kleinsten Dosen zu sich genommen, reichert es sich im Körper an und kann über längere Zeit akkumuliert tödlich wirken. Bei größeren Dosen tritt der Tod innerhalb kurzer Zeit ein.

In der Natur kommt Arsen oft als Sulfid vor und kann zusammen mit Schwefel an Vulkanen austreten. Nun haben Wissenschaftler am chilenischen Vulkan Lastarria in einer Studie unter Leitung von Manuel Inostroza hohe Konzentrationen von Arsen und Bor nachgewiesen. Laut dem Ckelar Millennium Institute zählt Lastarria weltweit zu den größten Emittenten dieser Elemente.

„Die Vulkane im Norden Chiles haben ein einzigartiges ‚Markenzeichen‘, das sie von Vulkanen in anderen Regionen der Welt unterscheidet“, erklärt Manuel Inostroza, Vulkanologe und Leiter der Forschung. Die Ergebnisse, die in der Fachzeitschrift Chemical Geology veröffentlicht wurden, belegen, dass Lastarria signifikante Mengen von Arsen, Bor und weiteren chalkophilen Elementen wie Cadmium, Antimon, Tellur, Kupfer und Blei freisetzt.

Die Untersuchung des Teams, zu dem Forscher wie Felipe Aguilera und Séverine Moune gehören, zeigt, dass die Konzentrationen der schädlichen Stoffe hier deutlich höher sind als in anderen Subduktionsvulkanen wie dem Ätna in Italien oder Masaya in Nicaragua. Die Emissionen dieser Elemente stellen eine potenzielle Umweltgefahr dar.

Inostroza betont, dass der Vulkan wie eine „natürliche Raffinerie“ wirkt, die durch vulkanische Gase und gelöste Elemente in Wasserquellen die umliegenden Gebiete beeinflusst. Dies könnte das Risiko für Gemeinden in der Nähe erhöhen, da Spurenstoffe wie Arsen und Quecksilber selbst in kleinsten Mengen giftig sind und die Wasserqualität beeinträchtigen können.

Gleichzeitig unterstreicht die Studie, dass einige der emittierten Spurenelemente, wie Zink und Kupfer, wichtige Nährstoffe im globalen biogeochemischen Kreislauf darstellen und essenziell für die Lebensentwicklung sind. Darüber hinaus liegt der Vulkan in einer Gegend der Atacama-Wüste, die für ihren Rohstoffreichtum bekannt ist. Besonders Mineralen wie Kupfer, Gold und Lithium, kommen hier reichlich vor und werden z.T. von den Vulkanen ausgeschwitzt.

Der letzte bekannte Ausbruch des 5706 m hohen Lastarria-Vulkans fand in vorchristlicher Zeit statt. Historische Eruptionen sind nicht bekannt.

Pompeji: Neue Entdeckungen im Oktober

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Ein kleines Haus mit erotischen Fresken mythologischer Figuren wurde in Pompeji freigelegt

Auch im Oktober gingen die archäologischen Ausgrabungen in Pompeji bei Neapel weiter und es wurden einige faszinierende Funde gemacht. Hierzu zählt ein kleines Haus, das mit erotischen Fresken verziert ist. Die Wandmalereien in einem der Räume zeigen unter anderem die leicht bekleidete Phaedra und ihren Stiefsohn Hippolytus. Phaedra war in der griechischen Mythologie die zweite Frau des athenischen Königs Theseus. Der Legende nach wurde Phaedra von Aphrodite verzaubert, so dass sie sich in ihren Stiefsohn verliebte, der ihre Gefühle aber nicht erwiderte, woraus sich ein Drama entwickelte. Neben dieser Wandmalerei zieren die Wände des kleinen Hauses auch weitere erotische Darstellungen. Hierzu zählt ein Geschlechtsakt zwischen Waldgott Satyr und einer Nymphe. Ein weiteres Fresko zeigt eine erotische Szene mit dem Naturgott Faunus, dem Schutzpatron der Bauern und Hirten.

Solche erotischen Fresken und auch Statuen gehörten zum pompejanischen Alltag. Sie waren weit verbreitet und galten nicht als anstößig. Damals war man wohl alles andere als prüde.

Das sogenannte „Haus der Phaedra“ offenbart auch bauliche Veränderungen des ersten Jahrhunderts nach Christus. Offenbar war es nach dem Erdbeben von 62 n.Chr. bereits saniert worden. Das Erdbeben gilt heute als mögliche Vorwarnung zum Vulkanausbruch der sich 17 Jahre später ereignete.

Opfer der Katastrophe hielt Schatztruhe umklammert

Eine weitere Entdeckung aus dem Sommer, über die ich bereits berichtet habe, die jetzt aber wieder die Runde in den Medien macht, zeugt einmal mehr vom Todeskampf der Opfer des Vesuv-Ausbruchs im Jahre 79 n.Chr. und ihrem Versuch, der Katastrophe zu entgehen. Die Ausgrabungen legten zwei skelettierte Opfer frei, die auf ihrer Flucht Unterschlupf in einem Gebäude gefunden hatten. Die beiden, offenbar ein Mann und eine Frau, suchten Schutz in einem Raum in einem Haus, dessen Dach länger dem Gewicht der Vulkanasche standhielt als die Dächer andere Gebäude. Die Frau hielt zum Zeitpunkt ihres Todes eine kleine Truhe umklammert, in der sich ein kleiner Schatz aus Goldmünzen und Schmuck befand. Offenbar wollten sie ihre Wertgegenstände noch retten, sofern es sich nicht um Güter handelte, die sie bei Plünderungen entdeckte.

Apropos Plünderungen: Da auch heute noch immer viele Wertgegenstände ausgegraben werden, besteht natürlich die Gefahr von Raubgrabungen. Die ersten Archäologen gruben bereits vor Jahrhunderten nach Goldschätzen in Pompeji, als die Stadt noch unter Asche begraben lag. Dazu fertigten sie Schächte und Tunnel an. Wie viele Kulturschätze durch Raubgrabungen verloren gingen, ist unbekannt.

Jupitermond Io: Riesenvulkan innerhalb von 30 Jahren entstanden

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Forscher staunen über rasante Entwicklung eines riesigen Vulkankomplexes auf dem Jupitermond Io

Io ist der innerste der vier großen Jupitermonde, die von Galileo Galilei mit einem von ihm weiterentwickelten Fernrohr entdeckt wurden. Erst Jahrhunderte später stellte eine neue Generation von Forschern fest, dass Io der vulkanisch aktivste Himmelskörper in unserem Sonnensystem ist.

Nun fasziniert Io erneut mit einer neuen Entdeckung: Die jüngsten Aufnahmen der Raumsonde Juno, die im Februar 2024 gemacht wurden, bieten einen unvergleichlichen Blick auf seine sich ständig verändernde Oberfläche und enthüllten einen neu entstandenen Vulkankomplex. Dieser Komplex, mit einem Durchmesser von etwa 180 Kilometern, besteht aus ausgedehnten vulkanischen Ablagerungen silikatischer Lava und schwefeligen Komponenten. Es wurden zwei Lavaströme identifiziert, die jeweils gut 100 Kilometer lang sind.

Zwar können sich auch auf der Erde neue Vulkane bilden, doch benötigen sie oft lange Zeiträume, um solche Dimensionen zu erreichen. Lavaflüsse dieser Größenordnung sind auf der Erde selten. Auf Io hingegen wuchs der Vulkankomplex in weniger als drei Jahrzehnten. Der Vulkan, der sich südlich des Äquators gebildet hat, war auf Aufnahmen aus dem Jahr 1997, die von der Galileo-Mission stammen, noch nicht zu sehen.

Zusätzlich konnten auf weiteren Bildern der Juno-Mission neun Eruptionswolken verschiedener Vulkane identifiziert werden. Diese Aktivität ist auf die außergewöhnlichen tektonischen Kräfte zurückzuführen, die durch die Nähe zu Jupiter entstehen. Die starken Gezeitenkräfte, die durch Jupiters Schwerkraft wirken, verformen Ios Kruste und lösen regelmäßige Vulkanausbrüche aus. Mit etwa 400 bekannten Vulkanen, von denen über 150 aktiv sind, ist Io ein zentraler Forschungsgegenstand für den planetaren Vulkanismus.

Ein besonderes Merkmal der Juno-Mission ist die Zusammenarbeit mit der Öffentlichkeit. Die Rohdaten der JunoCam sind frei verfügbar, sodass auch Amateure Bilder von Io rekonstruieren können. Diese Zusammenarbeit bereichert die wissenschaftliche Gemeinschaft. Forscher präsentierten diese Ergebnisse kürzlich auf dem Europlanet Science Congress und unterstrichen die Bedeutung von Io für geologische Studien.

Entdeckungsgeschichte von Io

Io wurde zusammen mit den anderen drei großen Jupitermonden Europa, Ganymed und Kallisto im Jahr 1610 von Galileo Galilei entdeckt. Der frühe Astronom nutzte ein Fernrohr, das zwei Jahre zuvor vom niederländischen Brillenmacher Hans Lipperhey erfunden und von Galilei weiterentwickelt worden war. Seitdem hat sich viel getan: Verschiedene Raumsonden, darunter die NASA-Sonden Voyager 1 und 2, Galileo und seit 2016 die Raumsonde Juno, untersuchten das Jupiter-System. Voyager 1 lieferte 1979 die ersten Nahaufnahmen von Ios aktiven Vulkanen und revolutionierte das Verständnis von Vulkanismus im Sonnensystem. Die nächsten Raumsonden sollen 2030 und 2031 Io erforschen.

Universum: Hinweise auf vulkanischen Exomond entdeckt

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Könnte ein ferner Planet einen vulkanischen Exomond wie Jupiters Io haben?

Obwohl die Existenz eines Mondes außerhalb unseres Sonnensystems, eines sogenannten Exomondes, bisher noch nicht hinreichend bewiesen wurde, liefert eine neue Studie unter der Leitung der NASA möglicherweise indirekte Hinweise darauf. Forscher entdeckten in der Nähe des  645 Lichtjahre entfernten Exoplaneten WASP-49 b, ein Gasriese der 2017 entdeckt wurde, eine massive Natriumwolke, deren Ursprung weder vom Planeten selbst noch von seinem Mutterstern stammen kann. Diese Beobachtung weckt die spannende Vermutung, dass die Wolke von einem vulkanischen Mond erzeugt wird, ähnlich dem bekannten Jupitermond Io, dem vulkanisch aktivsten Himmelskörper in unserem Sonnensystem.

Die Untersuchungsergebnisse des Jet Propulsion Laboratory der NASA deuten darauf hin, dass die Natriumwolke nicht synchron mit dem Saturn-ähnlichen Gasriesen WASP-49 b verläuft. Stattdessen scheint sie von einer anderen Quelle in der Nähe des Planeten erzeugt zu werden, die etwa 100.000 Kilogramm Natrium pro Sekunde ausstößt – eine Menge, die weit über das hinausgeht, was der Planet oder sein Stern freisetzen könnten. Ein vulkanischer Exomond könnte eine plausible Erklärung für diese gewaltige Gaswolke liefern, denn aufgrund der geringen Anziehungskraft eines Mondes kann eine Gaswolke bis weit in den Weltraum ragen.

Io zum Beispiel stößt regelmäßig Schwefeldioxid, Natrium und andere Gase aus, die große Wolken bilden, die bis zu 1.000-mal den Radius von Jupiter erreichen können. Forscher glauben, dass ähnliche Phänomene auch bei Exomonden beobachtet werden könnten, selbst wenn der Mond selbst zu klein ist, um ihn mit aktuellen Teleskopen direkt zu sehen.

Eine neue Studie, veröffentlicht in den Astrophysical Journal Letters, liefert weitere Hinweise darauf, dass sich die Natriumwolke um WASP-49 b unabhängig vom Planeten bewegt. Die Beobachtung, dass die Wolke schneller als der Planet ist und sich manchmal plötzlich vergrößert, deutet darauf hin, dass sie von einem separaten Körper stammt, der den Planeten umkreist – möglicherweise ein vulkanisch aktiver Mond.

Weitere Untersuchungen sind notwendig, um diese Hypothese zu überprüfen. Doch sollte sich dies bestätigen, wäre die Entdeckung eines vulkanischen Exomondes ein bahnbrechendes Ergebnis, das unser Verständnis von Monden in anderen Sternensystemen revolutionieren könnte.

Apropos Io: Dort bahnt sich ebenfalls interessantes an, das in den Kontext von Vnet passt. Kürzlich hat man Hinweise darauf entdeckt, dass sich auf dem Jupitermond ein neuer Vulkan gebildet hat, doch davon später mehr.

Türkei: Lithosphärischer Gesteinstropfen verursacht Beckengenese

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Konya-Becken in der Türkei könnte sich durch gigantischen Gesteinstropfen der Lithosphäre absenken

Ein erst vor wenigen Jahren entdeckter geologischer Prozess könnte die zunehmende Senkung im zentralanatolischen Plateau in der Türkei erklären. Verantwortlich dafür ist nicht die Plattentektonik, sondern ein riesiger Gesteinstropfen, der in etwa 40 bis 80 Kilometern Tiefe am unteren Rand der Lithosphäre hängt und das Konya-Becken nach unten zieht, wie Geologen um Erstautorin Julia Andersen von der University of Toronto in „Nature Communications“ berichten.

Dies ist nicht das erste Mal, dass ein solcher Lithosphären-Tropfen in dieser Region entdeckt wurde. Eine ähnliche Studie aus dem Jahr 2017 zeigte, dass die Ablösung eines gigantischen Gesteinstropfens für die Hebung der zentralanatolischen Hochebene verantwortlich gewesen sein könnte.

Normalerweise sind plattentektonische Prozesse entlang von Störungszonen und die Drift der Kontinente für die Entstehung von Gebirgen, Hochplateaus oder Grabenbrüchen verantwortlich. Doch einige Landschaftsformen, wie das zentrale Hochplateau der Anden oder die zentralanatolische Hochebene in der Türkei, lassen sich nicht durch diese Prozesse erklären. Beide Regionen wurden angehoben, obwohl keine typischen tektonischen Einflüsse vorliegen.

Das Konya-Becken stellt dabei ein besonderes Rätsel dar: Inmitten des ansteigenden zentralanatolischen Hochplateaus senkt sich die Erdoberfläche in einem Bereich stetig. Satellitendaten zeigen, dass sich die Kruste im Konya-Becken jährlich um etwa 20 Millimeter absenkt, ohne erkennbare seitliche Krustenbewegungen oder plattentektonische Anzeichen.

Auf der Suche nach einer Erklärung nutzten Geologen seismische und gravimetrische Messungen und entdeckten an der Grenze zwischen der Lithosphäre und dem oberen Erdmantel eine Anomalie. Unter der Kruste des Konya-Beckens gibt es eine Zone, in der Erdbebenwellen schneller durch das Gesteinsmaterial verlaufen, was darauf hindeutet, dass es kühler und dichter ist als das umgebende Material. Dieses Material sinkt von der Lithosphäre in den darunterliegenden Mantel ab, ähnlich wie es bereits vor 25 Millionen Jahren in Zentralanatolien geschah. Damals löste sich ein großer Gesteinstropfen von der Lithosphäre, wodurch das Plateau aufgrund isostatischer Prozesse aufstieg. Der jetzt entdeckte Tropfen ist bereits der zweite in dieser Region. Da sich dieser Gesteinstropfen noch nicht abgelöst hat, zieht er die Erdkruste nach unten und verursacht die Senke des Konya-Beckens.

Durch Modellierungsexperimente im Labor konnten die Forscher den Prozess nachstellen: In einem Plexiglastank füllten sie zähflüssiges Polydimethylsiloxan (PDMS) als Modell für den Erdmantel. Darüber legten sie eine Schicht aus mit Ton vermischtem PDMS, die die Lithosphäre darstellte, und eine sandähnliche Schicht als Erdkruste. Ein Klümpchen PDMS diente als Auslöser des Prozesses. Innerhalb von zehn Stunden bildete sich ein erster Tropfen, der in den Mantel absank, gefolgt von einem zweiten Tropfen, der hängenblieb und wuchs. Dieser zweite Tropfen erzeugte eine Senke an der Oberfläche, ähnlich dem realen Konya-Becken.

Da komplexe geodynamische Prozesse in dieser Region stattfinden, sind vulkanische Aktivitäten nicht weit entfernt. Östlich von Konya liegt das quartäre Karapınar-Vulkanfeld, eine vulkanische Landschaft mit erloschenen Schlackenkegeln, Kratern und Lavafeldern. Diese vulkanischen Strukturen sind Teil des anatolischen Vulkanbogens, der durch frühere vulkanische Aktivität in der Region entstanden ist. (Quelle: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52126-7)