Yellowstone: Bodenhebung im Vergleich zu anderen Calderen

Bei Caldera-Vulkanen handelt es sich um die größten irdischen Vulkanstrukturen, die nur von den Flutbasaltprovinzen übertroffen werden. Calderavulkane sind in der Lage, sogenannte Supervulkaneruptionen zu erzeugen, die sich global auswirken können. Daher steht ihre Erforschung im Fokus vieler Geowissenschaftler. Jüngst verglich das USGS die Bodendeformationen verschiedener Calderasysteme mit dem Yellowstone-Vulkan.

Zusammenfassung

  • Bodendeformationen der Yellowstone-Caldera werden seit 1923 gemessen
  • Die jährliche Deformationsrate von Long-Valley-Caldera und Yellowstone-Caldera sind fast identisch
  • Die Bodendeformation der Campi Flegrei ist 12 Mal so groß
  • Vor der letzten Eruption in der CF gab es dramatische Bodenhebungen

Yellowstone-Caldera und ihr Hydrothermalsystem

Der Yellowstone-Nationalpark beherbergt nicht nur ein fantastisches Naturreservat, sondern eine Caldera mit Tausenden postvulkanische Manifestationen. Dabei handelt es sich um verschiedene Arten von heißen Quellen, Geysiren, Schlammtöpfen und Fumarolen. Sie verdanken ihre Existenz dem vulkanischen Hydrothermalsystem, dass durch einen heißen Magmenkörper unter dem Vulkan mit Energie versorgt wird. Vom Magmenkörper ausgehend, steigen Magmatische Fluide auf, die im Untergrund der Caldera zirkulieren und sich mit Grundwasser vermischen. Die Menge des Grundwassers schwankt und ist u.a. von Niederschlägen abhängig, aber auch von Grundwasserströmen, die überregionalen Einflüssen unterliegen. So ist das Hydrothermalsystem eines Calderavulkans äußerst dynamisch und kann die unterschiedlichsten Prozesse steuern: neue Quellen und Geysire entstehen, oder alte postvulkanische Manifestationen vergehen. Gas- und Bodentemperaturen sind einer großen Variabilität unterzogen und es kann zu Phasen mit Bodendeformationen kommen. Je nach der Aktivität des Hydrothermalsystems hebt und senkt sich der Boden der Caldera, wobei es nicht einfach ist, zu unterscheiden, ob die Bodendeformationen ausschließlich durch Änderungen im Hydrothermalsystem zustande kommen, oder ob es Magmenaufstieg gibt. Dieser wirkt sich auch direkt auf das Hydrothermalsystem aus und sorgt dort für erhöhte Aktivität, lange bevor es zu einem Vulkanausbruch kommt, wenn es denn überhaupt dazu kommt.

Heute detektiert man die Höhenänderungen des Bodens mittels Satelliten und verwendet INSAR-Systeme und GPS Messungen. Früher mussten Höhenänderungen des Bodens aufwendig vermessen (nivelliert) werden. Dazu wurde ein Nivelliertrupp losgeschickt, so wie wir sie von Landvermessungen her kennen. Zum ersten Mal geschah das in der Yellowstone-Caldera im Jahr 1923.

Bodendeformationen der Yellowstone Caldera

Seitdem hat sich das Zentrum der Caldera um gut 90 Zentimeter angehoben. Dabei stellt man fest, dass es durchaus zu periodischen Hebungs- und Senkungsphasen kam, wobei sich eine jährliche Höhendifferenz von gut 14 mm pro Jahr ergab.

Das USGS stellte jüngst einen interessanten Vergleich von Bodendeformationen verschiedener Calderavulkane auf und verglich die Bodendeformationen am Yellowstone-Vulkan mit denen der Long-Valley-Caldera, die ebenfalls in den USA liegt. Hier wurde erstmals in den 1970iger Jahren eine Bodenhebung dokumentiert. In den 47 Jahren zwischen 1975 und 2022 betrug die maximale Hebung der Long-Valley-Caldera insgesamt 66 cm und lag damit auf ähnlichem Niveau wie die Hebung des Bodens der Yellowstone-Caldera.

Die Graphen der Bodenverformung von Yellowstone und Long Island verlaufen im Vergleich zur blauen Kurve der Campi Flegrei geradezu flach. © USGS/INGV

Dramatische Bodenhebung in der Campi Flegrei

Ein weiterer Vergleich der beiden US-amerikanischen Vulkane mit dem großen italienischen Calderavulkan Campi Flegrei enthüllt erstaunliches: dort hebt und senkt sich der Boden mit deutlich schnelleren Raten. Aktuell liegen sie bei 13 mm pro Monat. Die jährliche Hebungsrate ist also 12 Mal so groß, wie in den beiden anderen Calderen. Wissenschaftliche Untersuchung und historische Aufzeichnungen ergaben, dass sich der Boden im Bereich der Caldera um bis zu 7 m hob uns senkte.

Im Gegensatz zu den beiden amerikanischen Calderavulkanen, kam es in der Campi Flegrei zu historischen Zeiten bereits zu einer Eruption. Sie ereignetes ich im Jahr 1538 und ließ den Schlackenkegel Monte Nuovo entstehen. Im Vorfeld des moderaten Vulkanausbruchs kam es zu massivsten Bodenhebungen, bei denen die Küste soweit angehoben wurde, dass sich die Küstenlinie um 370 Meter seewärts verschob. Dabei ging die Bodenhebung so schnell vonstatten, das Fische in Tümpeln gefangen wurden, die sich auf dem neuen Küstenstreifen bildeten.

Schlussfolgerungen für Supervulkaneruptionen

Diese historischen Beobachtungen lassen die Wissenschaftler vermuten, dass es vor einer Supervulkan-Eruption eines Calderavulkans wohlmöglich zu weitaus stärkeren Bodendeformationen kommen könnte, als jene, die sich 1538 im Golf von Pozzuoli zutrugen. Was sich tatsächlich ereignen wird, ist aber ungewiss. Gewiss ist nur, dass es irgendwann zu einem weiteren Ausbruch eines der großen Calderasysteme kommen wird. Solche Eruptionen haben das Potenzial sich global auszuwirken und das Klima zu beeinflussen. (Quelle: USGS)

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