Tickend Zeitbomben im Untergrund: Warum Magma jahrzehntelang eruptierbar bleiben kann
Eine neue Studie zeigt, dass die Gefahr eines Vulkanausbruchs nicht zwangsläufig mit dem Ende eines Magmenaufstiegs verschwindet. Selbst in extrem flachen Magmaintrusionen von bis zu einem Kilometer Tiefe unter der Oberfläche können Bereiche mit heißer, potenziell eruptierbarer Schmelze über Jahrzehnte erhalten bleiben und noch lange nach der Intrusion Eruptionen auslösen, insbesondere wenn es zum erneuten Eindringen von Schmelze kommen sollte. Wie lange die Schmelze eruptionsfähig bleibt, hängt nicht nur von der Menge der in den Untergrund eingedrungenen Gesteinsschmelze ab, sondern auch von deren Geschwindigkeit beim Eindringen und die Strömungen innerhalb des Magmenkörpers. Zugleich können nur langsam abkühlenden Intrusionen stabile Wärmequellen für Geothermiekraftwerke darstellen.
Forscher der schwedischen Universität Uppsala und anderer Institute modellierten die Entwicklung einer flachen rhyolithischen Intrusion, wie sie sich beispielsweise 1980 während der Eruption am Mount St. Helens oder dem Vulkan Puyehue-Cordón Caulle im Jahr 2011 bildete. Dabei wurden Magmenzufuhrraten zwischen sehr langsamem Wachstum über mehr als ein Jahrhundert und einer schnellen Intrusion innerhalb weniger Wochen simuliert. Berücksichtigt wurden Wärmeleitung, Konvektion und Kristallisation der Schmelze.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Magma innerhalb der Intrusion keineswegs gleichmäßig abkühlt. Vielmehr können sich komplexe Strömungen entwickeln. Durch Konvektion zirkuliert heißes Magma innerhalb des Intrusivkörpers, während gleichzeitig andere Bereiche schneller abkühlen und sich Kristalle bilden. Dadurch entstehen Zonen, in denen noch über lange Zeiträume genügend flüssige Schmelze vorhanden ist, um grundsätzlich eruptiert werden zu können.
Von besonderer Bedeutung ist, dass die Wachstumsgeschwindigkeit der Intrusion eine entscheidende Rolle in Bezug auf das Eruptionspotenzial eines Vulkans spielt. Bei rascher Magmazufuhr kann sich ein deutlich größerer Bereich mit heißer Schmelze und hohem Eruptionspotenzial entwickeln. Bei langsamerem Wachstum hat das umgebende Gestein dagegen mehr Zeit, Wärme abzuleiten und die Schmelze kristallisieren zu lassen. Die endgültige Größe einer Intrusion sagt deshalb allein wenig über ihr Eruptionspotenzial aus.
Ein reales Beispiel – an dem sich die Forschenden um Erika Ronchin orientierten – liefert der Vulkan Cordón Caulle in Chile. Dort begann am 4. Juni 2011 eine explosive rhyolithische Eruption. Während der folgenden Wochen und Monate drang weiteres Magma in geringer Tiefe ein und führte zur Bildung einer mächtigen unterirdischen Intrusion, die auch als Kryptodom bezeichnet wird. Die Eruption und das Wachstum der Intrusion waren somit Teil desselben magmatischen Prozesses.
Nach dem Ende der Eruption kam es am Cordón Caulle zu mehreren erneuten Hebungsphasen. Diese wurden als Magmennachschub interpretiert, führten aber nicht zu einer neuen Eruption. Hier greift die Studie, indem sie modelliert, was mit dem in nur wenigen Hundert Metern Tiefe gespeichertem Magma passiert. Unter günstigen Bedingungen können Restschmelzen über lange Zeiträume erhalten bleiben. Eine spätere erneute Magmazufuhr könnte diese Bereiche zusätzlich aufheizen und mobilisieren.
Damit ergeben sich wichtige Aspekt für die Vulkanüberwachung:
- Eine Phase starker Deformation oder Seismizität muss nicht unmittelbar zu einer Eruption führen. Umgekehrt bedeutet das Ausbleiben eines Ausbruchs nicht zwangsläufig, dass die Gefahr eines Ausbruchs vollständig verschwunden ist. Eine flache Intrusion kann zunächst als „magmatischer Speicher“ fungieren und später erneut aktiviert werden.
- Nicht jede Magmaintrusion erhöht das Eruptionsrisiko im gleichen Maß. Dringt Magma langsam in die flache Kruste ein, kann sie als Intrusion stecken bleiben und über längere Zeit abkühlen. Ein schneller Magmenimpuls könnte dagegen wesentlich größere Mengen heißer Schmelze in kurzer Zeit bereitstellen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Eruption erhöhen.
Die Ergebnisse lassen sich allerdings nicht ohne Weiteres auf alle Vulkane übertragen. Besonders untersucht wurde hochviskoses rhyolithisches Magma. Basaltische Schmelzen sind heißer und deutlich dünnflüssiger und zeigen daher andere Strömungs- und Kristallisationsprozesse. Auch bei ihnen können langlebige Magmenkörper entstehen, doch die physikalischen Bedingungen unterscheiden sich deutlich von jenen saurer Magmen.
Dennoch gibt es aktuell 2 sehr schöne Beispiele von basaltischen Intrusionen auf Island: Seit über einem Jahr sammelt sich Magma im Svartsengigebiet der Reykjaneshalbinsel an und Vulkanologen rechnen mit einem Vulkanausbruch. Doch seit Januar nahm die Geschwindigkeit der Intrusion ab und es darf gefragt werden, ob die Geschwindigkeit der Intrusion noch ausreicht, um eine Eruption zu triggern. Ähnliches geschah in der Askja-Caldera. Hier stoppte die Intrusion nach fast 5 Jahren. Selbst wenn man nicht mehr unmittelbar mit einem Vulkanausbruch rechnet, könnte eine erneute Intrusion schnell zur Eruption führen. Darüber hinaus könnten die Studienergebnisse auch für die italienische Caldera Campi Flegrei interessant sein, wo sich Magma offenbar über lange Zeiträume ansammelt und Intrusionen verursacht.
Die Studie verdeutlicht, dass Magma im Untergrund kein statischer Körper ist. Während eine Intrusion wächst, strömt und kristallisiert die Schmelze gleichzeitig. Dadurch kann ein Vulkan noch lange nach einer Phase intensiver magmatischer Aktivität über Bereiche verfügen, in denen grundsätzlich eruptierbares Magma vorhanden ist. Die eigentliche Gefahr kann somit deutlich länger bestehen bleiben, als es die Aktivität an der Oberfläche vermuten lässt. Zugleich verdeutlicht sie, dass die Vorstellung eines sich immer wieder füllenden Hohlraums unter einem Vulkan, der gemeinhin als Magmakammer bezeichnet wird und in dem Magma brodelt, überholt ist.
Quelle: Ronchin, E. et al. (2026): Magma dynamics and cooling in sub-volcanic intrusions: insights on eruption potential from finite element modelling. Bulletin of Volcanology, 88, 110. DOI: 10.1007/s00445-026-02031-2.