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.

Campi Flegrei: Studie warnt vor phreatischen Eruptionen

von
Piciarelli-Fumarole neben der Solfatara in der Campi Flegrei © Marc Szeglat

Studie hält seismische Bursts für Hinweise auf bevorstehende phreatische Eruptionen in den Campi Flegrei

Während die seismische Krise in den Campi Flegrei weiterhin anhält, wurde eine Studie veröffentlicht, die bei den Anwohnern der süditalienischen Caldera kaum für Beruhigung sorgen dürfte. Die Studie entstand unter Mitwirkung zahlreicher INGV-Wissenschaftler unter Zusammenarbeit mit Forschern des Nationalen Forschungsrates und wurde am 11. Februar auf nature.com veröffentlicht. Die Autoren analysieren die Geschehnisse in der Caldera detailliert und identifizieren zwei Hauptzonen in der Depression, in denen sich die meisten Erdbeben ereignen und die stärkste Bodenhebung stattfindet. Beide Zonen lassen sich mit Ellipsen umreißen: Die kleinere Zone befindet sich im Golf von Pozzuoli, die größere umfasst eine Region, in der sich nicht nur die Altstadt und der Hafen von Pozzuoli befinden, sondern auch der Solfatara-Krater mit dem Thermalgebiet von Pisciarelli. Meiner Meinung nach wurde eine dritte Zone übersehen, die sich südöstlich von Pozzuoli erstreckt.




In der Studie heißt es, dass während der Bradyseismos-Phasen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts und in der aktuellen Phase die größten Bodenhebungen stets im geografischen Zentrum der Caldera gemessen wurden. Dieses Zentrum liegt in der Hafengegend, wo sich die oft zitierte Messstation RITE befindet. Durch die Bodenerhebung entsteht ein radiales Deformationsmuster in Richtung der Calderaränder. Die Bodenhebung an der RITE-Messstation beträgt mittlerweile rund 140 Zentimeter. Während die aktuelle Hebungsphase im Jahr 2006 erstmals messbar wurde, stoppte die zuvor beobachtete Subsidenz bereits ein Jahr zuvor. Seitdem wurden bis 2024 etwa 18.500 Erdbeben registriert. Das stärkste ereignete sich im Mai 2024 mit einer Magnitude von 4,4. Beim aktuellen Schwarm erreichten die beiden stärksten Beben eine Magnitude von 3,9.

Zwei Zonen mit besonderer Aktivität in den Campi Flegrei identifiziert. © Nature Communications/ Autoren der Studie

Die Forscher führten eine detaillierte Analyse der Bebensequenzen zwischen 2021 und 2024 durch, in denen sich die seismische Aktivität signifikant steigerte. Demnach handelte es sich bei den meisten Erdbeben um vulkanotektonische Erschütterungen, die durch Gesteinsbruch infolge von Fluidbewegungen entstehen. In Schwärmen folgen die einzelnen Beben im Durchschnitt in Zeitabständen von 200 Sekunden. Die Forscher identifizierten jedoch auch Bebensequenzen, in denen die Erschütterungen so schnell hintereinander auftraten, dass ihre Signale im Seismogramm unter Umständen nicht vollständig voneinander zu trennen waren. In diesen Sequenzen folgten die Beben in Abständen von nur wenigen Sekunden aufeinander. Diese Erdbebensequenzen bezeichnen die Forscher als seismic bursts. Sie treten überwiegend im Pisciarelli-Gebiet auf, aber auch direkt unter der Solfatara, insbesondere im Bereich des Monte Olibano.

Die seismic bursts stehen im Zusammenhang mit Erdbebenschwärmen und konzentrieren sich entlang der Biegezone zwischen dem stark verformten zentralen Teil der Caldera und dem weniger deformierten äußeren Bereich. Die übergeordnete Seismizität wird als spröde Reaktion der Krustengesteine auf eine primäre Verformungsquelle in etwa 3800 m Tiefe interpretiert. Die genaue Natur dieser Quelle bleibt unklar – sie könnte eine Ansammlung magmatischer Flüssigkeiten, die Ausdehnung eines porösen Mediums unter Druck oder eine Magmaintrusion sein.

In weiteren Untersuchungen konzentrierten sich die Forscher auf zwei dieser stoßartigen Erdbebensequenzen, die mich ein wenig an Tremor erinnern und offenbar auch beim aktuellen Schwarmbeben vor Santorin auftraten. Die beiden detailliert analysierten Sequenzen manifestierten sich in der Region Solfatara-Mt. Olibano, wiesen jedoch unterschiedliche Tiefenverteilungen auf. Die Sequenz vom 12. Oktober 2023 (10 Ereignisse) konzentrierte sich auf Tiefen von 700–900 m unter dem Monte Olibano, während sich die Schwarmsequenz vom 14. April 2024 (37 Ereignisse) auf Tiefen von 730–2870 m erstreckte und stärker unter dem Solfatara-Krater verteilt war, mit einer Tendenz in Richtung Pisciarelli. Dies deutet darauf hin, dass beide Sequenzen dieselbe Quellregion haben, jedoch unterschiedliche räumliche Muster aufweisen – beeinflusst durch die geologischen Strukturen der Lavadome am Monte Olibano und des hydrothermalen Systems.

Im Bereich des Monte Olibano -an dessen Fuß außerhalb des Solfatarakraters das Pisciarelli-Gebiet liegt- wurde in einer anderen Studie aus dem Jahr 2023 eine Schwereanomalie festgestellt. Hier hebt sich der Boden langsamer als in den umliegenden Gebieten. Im vergangenen Jahr verlangsamte sich die Bodenhebung weiter. Inzwischen beträgt die Differenz zwischen der erwarteten und der tatsächlich gemessenen Hebung 11 Zentimeter. Die Forscher konnten eine Korrelation zwischen der Verlangsamung der Bodenhebung in der Schwereanomalie und einer Zunahme der Erdbeben in derselben Region feststellen. Gleichzeitig stieg in der Solfatara und dem angrenzenden Thermalgebiet von Pisciarelli der Kohlendioxidausstoß auf Werte, die für aktive Vulkane mit offenem Fördersystem typisch sind. Zudem nahmen die Temperaturen der Flüssigkeiten und Gase in den Thermalgebieten von Solfatara und Pisciarelli zu.

Seismic bursts sind auch von anderen Calderavulkanen mit großen Hydrothermalsystemen bekannt. Es gibt Hinweise darauf, dass sie durch das Einspritzen von Fluiden entstehen, die unter hohem Druck in das Hydrothermalsystem eindringen. Sie werden als mögliche Vorläufer phreatischer Eruptionen interpretiert. Eine Zunahme dieser Bebensequenzen könnte auf ein steigendes Risiko solcher dampfgetriebenen Eruptionen hindeuten.

Die Forscher der Studie benennen die Ursache für die Schwereanomalie nicht eindeutig. Sie könnte jedoch bereits auf eine oberflächennahe Magmaintrusion hinweisen.

Geophysiker hebt lange Pausen des Bradyseismos hervor

Was bislang ebenfalls nicht thematisiert wurde, ist der Umstand, dass es vor den Bradyseismos-Phasen in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts lange Zeit überhaupt keine vergleichbaren Hebungs- und Senkungsphasen in der Caldera gab. Die Öffentlichkeit wurde in dem Glauben gelassen, dass der Bradyseismos quasi kontinuierlich abläuft. Doch laut einem Beitrag des Geophysikers Giuseppe De Natale soll das gar nicht der Fall gewesen sein. Er schrieb, dass es zwar vor und nach dem letzten Ausbruch von 1538 Erdbeben und Bodendeformationen gab, die jedoch um 1580 endeten. Danach blieb es über 400 Jahre lang ruhig. Erst in den 1950iger-Jahren begannen neue Bradyseismos-Phasen, auf die man sich immer bezieht, wenn man von diesem Phänomen spricht. Auch zwischen dem 8. Jahrhundert v. Chr. und etwa 1430 soll es keine größeren Erdbeben und Bodendeformationen gegeben haben. Glaubt man De Natale, dann verlief wohl auch die Zeit vor der (phreatischen) Eruption im Jahr 1198 still oder es wurden einfach keine Hinweise auf Unruhen dokumentiert und überliefert.

Meine Einschätzung der Situation

Während Wissenschaftler im Endeffekt immer nur das aussprechen dürfen, was sie mit wissenschaftlichen Methoden beweisen können, sieht es für Journalisten und Blogger anders aus, denn sie dürfen am Ende ihrer Berichterstattung auch eine persönliche Lageeinschätzung vornehmen. Jahrelang gehörte ich zu den Leuten, die die Bälle in Bezug auf die Phlegräischen Felder eher flach gehalten haben und eine bevorstehende Eruption zwar nicht ausgeschlossen haben, aber für eher unwahrscheinlich hielten. Die Steigerung der seismischen Aktivität insbesondere seit dem letzten Jahr und der Zuwachs an wissenschaftlichen Erkenntnissen lassen mich aber mittlerweile zu dem Schluss kommen, dass sich der Calderavulkan langfristig betrachtet auf eine Eruption vorbereitet. Über Größe und Zeitpunkt einer Eruption lässt sich nur spekulieren. Um das beurteilen zu können, fehlen sowohl Daten als auch Erfahrungswerte, schließlich brechen die großen Aschestrom-Calderavulkane vergleichsweise selten aus. Es könnten noch Jahrzehnte vergehen, bevor es zu einem größeren Ausbruch kommt, oder nur Stunden bis zu einer kleineren phreatischen Eruption. Grund zur Panik besteht zwar nicht, aber Vorsicht ist allemal geboten.

(Quelle der Studie: nature.com, Quelle des Posts von Giuseppe de Natale)

Laacher-See-Vulkan: Genauere Datierung der letzten Eruption

von
Luftaufnahme vom Laacher-See-Vulkan. © Marc Szeglat

Neue Datierung des Ausbruchs vom Laacher-See-Vulkan hilft bei Klärung der Frage nach der Ursache einer Kälteperiode am Ende der Altsteinzeit

Der Ausbruch des Laacher-See-Vulkans markiert das Ende zweier wichtiger Epochen: der Altsteinzeit und der letzten Eiszeit. Es war eine der stärksten Eruptionen auf dem europäischen Festland – abgesehen von der Eruption der Campi Flegrei vor etwa 39.000 Jahren – und hatte einen großen Einfluss auf die Steinzeitkultur der näheren Umgebung. Wissenschaftler stellten sich auch die Frage, ob die Eruption nicht noch deutlich weitreichendere Auswirkungen hatte. Denn im Zeitfenster der bisherigen Eruptionsdatierung kam es zu einer Renaissance der eigentlich abklingenden Eiszeit während der Jüngeren Dryaszeit.

Da der Laacher-See-Vulkan seine Asche über Tausende Kilometer weit verteilte, ist es wahrscheinlich, dass auch große Mengen Schwefeldioxid ausgestoßen wurden. Dieses Gas kann in der Stratosphäre Schwefelsäureaerosole bilden, die bekanntlich Sonnenlicht reflektieren und so zur Abkühlung des Klimas beitragen können. Der Abkühlungseffekt am Ende der Altsteinzeit trat vor etwa 12.900 Jahren auf – genau dem Zeitpunkt, der bislang als Datum des Laacher-See-Ausbruchs galt. Daher hielten es bis jetzt viele Forscher für wahrscheinlich, dass der Laacher-See-Ausbruch für die Kälteperiode verantwortlich war. Doch ein Forscherteam der Universitäten Mainz, Frankfurt und Heidelberg hat nun präzise datiert, wann die Eruption tatsächlich stattfand – und konnte dabei ausschließen, dass sie die klimatische Veränderung ausgelöst hat.




Sulfatablagerungen der Laacher-See-Eruption im Tropfstein der Herbstlabyrinth-Höhle

Um den Ausbruch genau zu datieren suchte das Team nach Schwefelablagerungen in verschiedenen natürlichen Klimaarchiven. Fündig wurden die Forscher nicht nur in einem grönländischen Eisbohrkern, sondern auch in einem Tropfstein der Herbstlabyrinth-Höhle im Westerwald. Die Höhle liegt 70 Kilometer nordöstlich des Laacher Sees und befindet sich im damaligen Aschefalloutgebiet. Die Wissenschaftler entdeckten in der Höhle einen spätglazialen Stalagmiten, der in einer seiner Wachstumszonen eine hohe Sulfatkonzentration aufwies. Diese wurde mit hochauflösenden geochemischen Methoden wie Sekundärionisations-Massenspektrometrie und Plasma-Massenspektrometrie analysiert.

Zur Altersbestimmung des Tropfsteins verwendeten die Forscher die Thorium-Uran-Datierung. Diese Methode basiert auf dem radioaktiven Zerfall von Uran-238 zu Thorium-230 und eignet sich zur Datierung von karbonathaltigen Materialien wie Tropfsteinen, Korallen oder Seesedimenten. Die Analyse ergab, dass sich die Sulfateinschlüsse im Tropfstein vor etwa 13.008 Jahren bildeten. Als Bezugspunkt dieser Datierung dient das Jahr 1950.

Eruption des Laacher-See-Vulkans ereignete sich früher als angenommen

Die Eruption des Laacher-See-Vulkans ereignete sich also vor 13.083 Jahren – und damit 183 Jahre früher als bislang angenommen. Demzufolge kann der Ausbruch nicht die neue Kälteperiode am Ende der letzten Eiszeit ausgelöst haben. Für die Forscher eine wichtige Erkenntnis, denn ihr eigentliches Ziel ist es, die Quellen möglicher Einflüsse auf abrupt eintretende Klimawandelereignisse zu identifizieren und mit dem aktuellen Klimawandel zu vergleichen. Was die Kälteperiode am Ende der Altsteinzeit letztlich auslöste, bleibt weiterhin rätselhaft.

Unabhängig davon stellt die europaweit verteilte Asche des Laacher-See-Vulkans einen wichtigen stratigrafischen Marker dar, anhand dessen sich das Alter vieler Gesteinsschichten bestimmen lässt. Die exakte Datierung des Ausbruchs ermöglicht nun auch hier präzisere Angaben. (Quelle: Science Advances)

Studie: Kilauea und Mauna Loa teilen sich Magmenquelle

von
Der neue Lavasee am Kilauea. Im Hintergrund erkennt man den Mauna Loa. © HVO/USGS

Neue Studie belegt gemeinsame Magmaquelle von Kilauea und Mauna Loa

Obwohl die Eruption am Kīlauea weiterhin pausiert, steht dieser faszinierende Schildvulkan auf Big Island, Hawaii, einmal mehr im Fokus der Berichterstattung auf Vnet. Diesmal geht es um den Ursprung des Magmas, das am Vulkan eruptiert wird.

Es wird schon seit Längerem davon ausgegangen, dass sich Kīlauea eine Magmenquelle mit dem benachbarten Vulkan Mauna Loa teilt, der den Kīlauea deutlich überragt. Die These lautet, dass beide Vulkane von einer tiefen Mantelquelle über einen Plume mit Schmelze versorgt werden. Hinweise auf diese gemeinsame Magmenquelle liefern Erdbeben unter der Küstenebene bei Pāhala, die in Tiefen von mehr als 30 Kilometern auftreten und auf Magmenaufstieg hindeuten. Doch wo genau die Zone der gemeinsamen Magmenquelle liegt, ist umstritten.

Eine vor zwei Jahren veröffentlichte Studie untersuchte den Untergrund mithilfe der seismischen Tomografie und kam zu dem Schluss, dass unter Pāhala ein großer Magmenkörper liegt, von dem Fördersysteme zu beiden Vulkanen aufsteigen. Da sich die von den beiden Vulkanen geförderten Laven im Detail chemisch unterscheiden, sollte in diesem Modell das Magma während des Aufstiegs durch unterschiedliche Fördersysteme und in flach liegenden Reservoirs differenzieren.

Eine neue Studie, die Ende letzten Jahres im Journal of Petrology erschien und jetzt publik gemacht wurde, geht von einer anderen These aus. Die Forscher um Aaron J. Pietruszka von der University of Hawaii at Mānoa analysierten fast 200 Jahre alte Aufzeichnungen zur Lavachemie und fanden Hinweise darauf, dass beide Vulkane eine gemeinsame Magmaquelle innerhalb des hawaiianischen Plumes nutzen.

Demnach soll sich die Schmelze in der Asthenosphäre bilden bzw. sammeln. Aufsteigend aus dieser gemeinsamen Quelle kann sich das Magma über Jahrzehnte hinweg abwechselnd zum Kīlauea oder zum Mauna Loa bewegen.

Seit 2010 beobachtet das Forschungsteam eine Veränderung der Lavachemie am Kīlauea, die darauf hindeutet, dass Schmelze aus der gemeinsamen Quelle nun erstmals seit Mitte des 20. Jahrhunderts wieder zum Mauna Loa umgeleitet wird. Der Mauna Loa brach zuletzt 2022 aus. Zuvor ruhte er 38 Jahre lang – die längste bekannte Ruhephase in seiner Geschichte. Diese inaktive Zeit überschnitt sich weitgehend mit dem etwa 35 Jahre andauernden Puʻuʻōʻō-Ausbruch des Kīlauea, der nach der Leilani-Eruption von 2018 mit dem Einsturz der Gipfelcaldera endete.

Die Studie legt nahe, dass ein langfristiges Muster wechselseitiger vulkanischer Aktivität existiert, was auf eine magmatische Verbindung zwischen den beiden Vulkanen hindeutet. Veränderungen in der Lavachemie von Kīlauea und Mauna Loa scheinen miteinander zu korrelieren. Ein Beispiel dafür zeigt sich im späten 19. Jahrhundert, als der Mauna Loa besonders aktiv war, während der Kīlauea weniger häufig ausbrach. In dieser Zeit entwickelte sich die Lava des Kīlauea chemisch in eine spezifischere Richtung, was darauf zurückgeführt wird, dass Magma aus der gemeinsamen Quelle vorrangig in Richtung Mauna Loa transportiert wurde. Teile der tiefen Leiterbahnen des Fördersystems, die im Modell an ein verzweigtes Wurzelsystem erinnern, alternieren dabei zwischen den beiden Vulkanen, wobei die Hauptschlote unter dem jeweiligen Vulkan beständig bleiben.

Langfristige Prognosen zur vulkanischen Aktivität basieren bislang auf der Analyse vergangener Ausbrüche eines Vulkans. Die Studie weist jedoch darauf hin, dass die Überwachung der Lavachemie ein potenzielles Instrument zur Vorhersage der Eruptionsrate und -häufigkeit beider Vulkane über Jahrzehnte hinweg sein könnte. Sollte sich die chemische Zusammensetzung der Lava am Kīlauea weiterhin verändern, könnte dies auf eine künftige Zunahme der Aktivität am Mauna Loa hindeuten. Die Forscher planen, diese Veränderungen weiter zu beobachten, um ihre Vorhersagen über das zukünftige Eruptionsverhalten zu überprüfen.

(Quellen: Journal of Petrology, Pressemeldung HVO)

Türkei: Unterirdischer Riss breitet sich entlang Zagros zum Irak aus

von

Alte ozeanische Platte reißt unter der arabischen und eurasischen Kontinentalplatte ab

Forschungsteam untersucht den Einfluss des Zagros-Gebirges im Iran und Irak auf die Erdabsenkung des Vorgebirgsbeckens

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen untersuchte die plattentektonischen Prozesse, die im Zagros-Gebirge der irakischen Region Kurdistan zur Bildung einer tiefen Depression führen. Diese Depression bildet ein sedimentgefülltes Becken im Vorland des Gebirges, das sich in Nordwest-Südost-Richtung durch den Süden des Irak und Irans erstreckt, dessen Ausläufer jedoch bis in die Osttürkei reichen. Das Vorgebirgsbecken war ursprünglich zwischen drei und vier Kilometern tief. Sedimente füllten die Senke größtenteils auf, sodass eine langgestreckte Ebene vor dem Gebirge entstand.

Entlang der Zagros-Gebirgszone erstrecken sich prominente Störungszonen, die für ihre Erdbebenaktivität bekannt sind und auch mit den beiden großen Störungen in Anatolien in Verbindung stehen.

Das Gebirge ist ein Ergebnis der Plattentektonik und bildete sich infolge der Kollision der Arabischen Platte mit Eurasien. Vor der Kollision waren beide Platten durch ein urzeitliches Meer, den Neotethys-Ozean, getrennt. Die ozeanische Kruste der Neotethys tauchte entlang einer Subduktionszone unter Eurasien in den Erdmantel ab. Dieser Prozess begann vor etwa 60 Millionen Jahren und endete vor rund 25 Millionen Jahren, als die Arabische Platte mit der Eurasischen Platte kollidierte und die Auffaltung des Zagros-Gebirges einsetzte.


Die Forschenden stellten fest, dass die sedimentgefüllte Depression im Vorland des Zagros-Gebirges tiefer ist als anhand der Gebirgshöhe zu erwarten wäre. Vorgebirgsbecken entstehen durch die Auflast des Gebirges, das die Kontinentalplatte an ihrem Rand nach unten drückt.

Mit seismischen Untersuchungen und Computermodellierungen bestimmten die Forschenden nicht nur die Tiefe des Vorlandbeckens, sondern auch, dass ein Relikt der Neotethys-Kruste an der Unterseite der Arabischen Platte haftet. Dieses zieht die Platte in der Kollisionszone mit Eurasien nach unten und erklärt die große Tiefe des Beckens.

Das subduzierte Stück der Ozeankruste haftete ursprünglich auch unter der Anatolischen Platte in der Türkei. Dort ist die Senke jedoch flacher, was darauf hindeutet, dass sich die ozeanische Kruste bereits gelöst hat. Der entstehende Riss entlang der horizontalen Lösungsfläche dehnt sich weiter in Richtung Nordwestiran aus, was möglicherweise die Erdbebenaktivität der Region beeinflusst.

Die Studie unter Leitung von Dr. Renas I. Koshnaw wurde bereits im letzten Jahr in der Fachzeitschrift Solid Earth veröffentlicht und nun durch eine Pressemeldung der Universität Göttingen bekannt gemacht. Das entwickelte geodynamische Modell könnte auch für weitere geologische Untersuchungen genutzt werden und liefert wichtige Erkenntnisse zur Struktur der Erdkruste. (Quelle: AGU)

Vulkane: Studie zu Magmenkörpern enthüllt erstaunliches

von
Crater Lake in den USA. © Epmatsw, Wikipedia Lizenz der CC

Studie über Magmenkörper zeigt, dass auch viele inaktive Vulkane über ein aktives Speicherreservoir mit Schmelze verfügen

In der Wissenschaft ist es ein seit langem diskutiertes Thema, ab wann ein Vulkan als ruhend oder erloschen gilt und ob nur in Eruption befindliche Vulkane als aktiv klassifiziert werden oder auch Vulkane die potenziell in Kürze ausbrechen könnten oder vor kurzem noch eruptierten.

Im Allgemeinen heißt es in der Vulkanologie, dass ein Vulkan der länger als 10.000 Jahre nicht ausgebrochen ist, als erloschen anzusehen ist. Doch in den letzten Jahren mehren sich die Hinweise, dass das so nicht stimmen kann: besonders große Calderavulkane können über lange Zeiträume inaktiv sein und erzeugen in Abständen von mehreren 10.000 oder sogar 100.000 Jahre sogenannte Supervulkaneruptionen. Zwar sind diese Vulkane zwischenzeitlich auch oft aktiv und generieren normale Eruptionen, doch auch die Zeiträume zwischen diesen Eruptionen können stark variieren. So liegt die letzte Supervulkaneruption der Yellowstone-Caldera ca. 640.000 Jahre zurück, während die letzte normale Eruption im Pleistozäne, also vor mehr als 12.000 Jahren stattfand. Die jüngste nachgewiesene Eruption manifestierte sich vor 70.000 Jahren, als ein Lavastrom austrat. Dennoch wies eine andere Studie hier einen großen Magmenkörper nach, dessen Schmelze sich horizontal verlagerte, also fließfähig ist.




Eine weit verbreitete Annahme geht davon aus, dass sich das Magmaspeichersystem eines lange nicht ausgebrochenen Vulkans zurückbildet und mit der Zeit auflöst. Unter einem lange ruhenden Vulkan dürfte es dann keinen Magmenkörper mit Schmelzanteil mehr geben. Ob dies wirklich so ist, wollte ein Forscherteam der Cornell University und des U.S. Geological Survey (USGS) wissen. Die Wissenschaftler um Geoffrey A. Abers untersuchten dafür Vulkane der US-amerikanischen Kaskadenkette, die sich in verschiedenen Lebensstadien befinden. Mit Hilfe eines Verfahrens, dass sich an die seismische Tomografie anlehnt, aber mit einem weitaus kleinerem seismischen Netzwerk auskommt, nutzen sie Laufzeitunterschiede von Erdbebenwellen um Magmenkörper unter den Vulkanen aufzuspüren.

Konkret untersuchten die Geoforscher den Untergrund der Vulkane Crater Lake, Lassen Peak, Mount Hood, Mount St. Helens, Mount Rainier und Newberry Volcano die zwar alle noch nicht als erloschen gelten und innerhalb der letzten 10.000 Jahren mindestens einmal eruptierten, sich aber in unterschiedlichen Ruhestadien befinden. Am längsten ist die letzte Eruption des Crater-Lake-Vulkans her, der vor ca. 4870 Jahren das letzte Mal ausbrach, während der Mount St. Helens zuletzt im Jahr 2008 eruptierte.

Das erstaunliche Ergebnis der Studie ist, dass unter allen 6 Vulkanen Magmenkörper nachgewiesen werden konnten, die sogar noch einen Schmelzanteil enthielten. Damit scheint klar zu sein, dass nicht allein die Anwesenheit von Schmelze in einem Magmenkörper ein hinreichendes Kriterium für eine bevorstehende Eruption ist. Zudem bleibt das Magma deutlich länger in schmelzflüssigem Zustand als gedacht und es stellt sich die Frage, ob die Schmelze unter einem scheinbar ruhenden Vulkan nicht auch ständig erneuert und ausgetauscht wird.

Um besser funktionierende Vorhersagemodelle zu entwickeln, erscheint es zwingend wichtig zu sein, weitere Eruptionsauslöser zu erforschen. Wichtig erscheint es mir auch zu eruieren, wie es sich bei Vulkanen verhält, die länger als 10.000 Jahre nicht ausgebrochen sind. (Quelle: nature.com)

Campi Flegrei: Neue Studie zur Schwefelwasserstoffanomalie

von

Internationales Forscherteam entschlüssele Schwefelwasserstoffanomalie durch magmatischen Einfluss

Bei den Campi Flegrei handelt es sich um einen großen Calderavulkan in Süditalien, der seit Jahren immer wieder für Schlagzeilen sorgt, weil sich seit 2005 der Boden hebt. Dieser Prozess beschleunigte sich in den letzten Jahren und geht mit zahlreichen Erdbeben einher, die die Bausubstanz der Region um Pozzuoli wachrüttelten. Auch in den letzten Tagen gab es wieder Schwarmbeben und das neueste Wochenbulletin vom INGV bestätigt einmal mehr eine Bodenhebung von 10 mm pro Monat und den langjährigen Trend der Druckbeaufschlagung des Systems. Seit enormer Zeit herrscht bei den Wissenschaftlern Uneinigkeit darüber, welcher Art das System ist: Finden Bodenhebung und Erdbeben ihren Ursprung im Hydrothermalsystem des Vulkans, in dem Tiefenwässer zirkulieren, oder ist es ein magmatisches System, in dem die Bodenhebung durch einen intrudierenden Magmenkörper zustande kommt? Hier greift nun eine neue Studie, die von einem Forscherteam des Vesuv-Observatoriums des Nationalen Instituts für Geophysik und Vulkanologie (INGV – OV) in Zusammenarbeit mit der Universität Palermo, der Universität Cambridge und dem Woods Hole Oceanographic Institute durchgeführt wurde. Die Studie mit dem Titel „Escalation of caldera unrest indicated by increasing emission of isotopically light sulfur“ wurde heute in Nature Geoscience veröffentlicht.

Die Forscher untersuchten eine bedeutende Anomalie in der Gaszusammensetzung der Fumarolen in der Solfatara dei Campi Flegrei: Seit Ende 2018 ist die Konzentration von Schwefelwasserstoff, einer Schwefelverbindung in den Fumarolen, signifikant gestiegen. Diese Veränderung deutet auf einen zunehmenden Beitrag magmatischer Gase hin, die aus aufsteigendem Magma in der Erdkruste stammen. Es wurde auch eine Korrelation zwischen der Zunahme der Seismizität und dem Anstieg der Schwefelwasserstoffkonzentration in den Gasen festgestellt.

Professor Alessandro Aiuppa von der Uni Palermo erklärt dazu in einer Pressemeldung. dass die Analyse zeigt, dass die beobachteten Schwankungen in der Zusammensetzung der Fumarolen nicht ausschließlich auf oberflächliche hydrothermale Prozesse zurückzuführen sind. Die Studie hebt hervor, dass die in den Fumarolen festgestellte Schwefelanomalie auf einen zunehmenden Beitrag von Gas aus dem Magma zurückzuführen ist, das das Vulkansystem der Phlegräischen Felder speist, was die Hypothese einer magmatischen Beteiligung an der aktuellen bradyseismischen Krise der Phlegräischen Felder stützt.

Der steigende Anteil magmatischer Gase führt zur Erwärmung des Systems, was die Seismizität in Campi Flegrei verstärkt und zur Freisetzung von Schwefel aus hydrothermalen Mineralien beiträgt. Das Magma soll sich demnach in einer Tiefe zwischen 6 und 9 Kilometern akkumulieren.

Die Studie nutzt Daten aus regelmäßigen Gasproben und numerischen Modellen, die auf einem einzigartigen Datensatz seit 1980 basieren. Sie weist darauf hin, dass zunehmende Schwefelfreisetzungen auf eine mögliche allmähliche Reaktivierung des Vulkansystems hindeuten, ohne jedoch einen unmittelbar bevorstehenden Ausbruch anzukündigen. Die Forscher betonen die Bedeutung einer kontinuierlichen Multiparameterüberwachung, um die Dynamik des Systems besser zu verstehen und zu kontrollieren.

Im Endeffekt bestätigt die Studie einmal mehr den Paradigmenwechsel, den die Forschung im letzten Jahr in Bezug auf den Bradyseismos der Campi Flegrei vollzogen hat. Andere Studien kamen ebenfalls zu dem Schluss, dass die bradyseismologische Krise nicht allein ein Effekt des Hydrothermalystems ist, sondern dass sich in Tiefen von bis zu 4 Kilometern Magma akkumuliert. Je nach Studie kommen dabei unterschiedliche Modelle des Magmenkörpers zur Anwendung. Doch in jedem Modell liefert schmelzflüssiges Magma in der Tiefe die Energie, die das Hydrothermalsystem zum Aufheizen benötigt. Die alte These, dass zirkulierende Tiefenwässer und andere Fluide den Bradyseismos unabhängig von einem aktiven Magmenkörper verursachen, scheint immer weiter obsolet zu werden. (Quelle: Nature Geoscience)

Pompeji: Privater Thermenkomplex ausgegraben

von

Neue Ausgrabungen in Pompeji enthüllten großen privaten Thermenkomplex

Die Ausgrabungen von Pompeji, die aktuell in der Insula 10 der Regio IX durchgeführt werden, stoßen immer wieder auf ungeahnte archäologische Schätze, die durch den Ausbruch des Vesuvs im Jahre 79 n. Chr. unter einer bis zu 12 Meter mächtigen Ascheschicht konserviert wurden. Die jüngst der Weltöffentlichkeit präsentierte Entdeckung enthüllte einen der größten privat geführten Thermenkomplexe Pompejis. In einem Domus genannten palastgleichen Haus mit einem großen Atrium und Bankettsaal entdeckt man eine Badeanlage, die gut 30 Personen Platz bot. Sie bestand aus mehreren Räumen mit drei Wasserbecken unterschiedlicher Temperatur. Die Dreifaltigkeit setzte sich aus einem Calidarium genannten Heißraum, dem Warmraum Tepidarium, sowie dem Frigidarium (Kaltraum) zusammen. Zudem gab es einen Apodyterium genannten Umkleideraum. Das Frigidarium (Foto oben) wird von den Archäologen des modernen Pompejis als besonders beeindruckend beschrieben: Das Wasserbecken befand sich in einem säulenumstandenen Innenhof und maß gut 10 mal 10 Meter. Diese Daten veranschaulichen, dass es sich bei dem Becken eher um einen Swimmingpool als um eine Badewanne gehandelt hat.




Auf Bildern zur Pressemeldung des Archäologischen Parks Pompeji, sind die Wasserbecken und die mit Fresken verzierten Wände zu sehen. Sie zeigen, dass sogar bleierne Wasserleitungen erhalten sind, die in den Wänden verlegt wurden. Ein Novum in einer Stadt der Antike. Zudem wurden mehrere große Amphoren freigelegt und große Öfen, mit deren Hilfe das Wasser der warmen Becken erwärmt wurde.

In einem Beitrag der BBC heißt es zudem, dass in dem Haus auch zwei Todesopfer der Katastrophe entdeckt wurden. Dabei handelt es sich um die Überreste einer mittelalten Frau, die im Besitz mehrerer Goldschmuckstücke war, und um das Skelett eines ca. 20-jährigen jungen Mannes. Sie hatten in einem der Räume des Domus Schutz gesucht, fielen dann aber doch einem pyroklastischen Strom zum Opfer. In welcher Beziehung die beiden zueinander standen und ob es Angehörige des Hausbesitzers waren bleibt unbekannt.

Das Domus gehörte einem wohlhabenden Pompejaner, der zu der Elite der Stadt gehörte und rauschende Feste veranstaltete, worauf nicht nur die luxuriöse Badeanlage hindeutet, sondern auch der in unmittelbarer Nähe befindliche Bankettsaal.

Im römischen Reich waren Thermen Ort der gesellschaftlichen Zusammenkunft, und beim Baden tratschte und klatschte man nicht nur, sondern führte auch politische Debatten und besprach Geschäfte. Die Vermutung liegt nahe, dass der Hauseigentümer die Anlage nutzte, um Geschäftspartnern gefällig zu stimmen.

Dieser Komplex zählt zu den größten und aufwendigsten privaten Badeanlagen, die bisher in den Domus von Pompeji freigelegt wurden. Vergleichbare Beispiele dieser Dimension sind selten und umfassen etwa die Thermen der Praedia der Julia Felix, das Haus des Labyrinths oder die Villa des Diomedes.

Die Wände des Domus, der im südlichen Teil der Insula 10 liegt, wurden im 2. und 3. Stil dekoriert, was von der langen Nutzungsdauer des Gebäudes zeugt. Der Eigentümer zählte wohl in den letzten Jahrzehnten vor dem Vesuvausbruch zur städtischen Elite und ließ Räume gestalten, die sowohl zahlreiche Gäste empfangen als auch einen luxuriösen Lebensstil präsentieren konnten.

Yellowstone-Caldera: Magma verlagert sich nordostwärts

von
Kalksinter-Terrassen der Mammoth Hot Springs im Yellowstone Nationalpark. ©  Marc Szeglat

Neue Studie enthüllt eine nordostwärts gerichtete Verlagerung der Magmenreservoirs unter dem Yellowstone-Vulkan

Die Yellowstone-Caldera ist in den letzten Jahren ein wenig aus dem Fokus der Medien verschwunden, obgleich sie weiterhin ein spannende Forschungsobjekt bleibt. Der US-amerikanische Yellowstone Nationalpark beherbergt eines der größten und aktivsten Vulkansysteme der Erde. Es besteht aus 3 sich überlappenden Calderen, und wird durch den sogenannten Yellowstone-Hotspot gespeist – eine Zone, in der heißes Magma aus dem Erdmantel aufsteigt und die Erdkruste durchdringt. Die Calderen entstanden durch mehrere massive Ausbrüche (sogenannte Supervukaneruptionen), bei denen große Mengen Tephra freigesetzt wurden. Durch die Entleerung des Magmenreservoirs sackte der Boden darüber ab und bildete die großen Depressionen der Calderen. Diese Supervulkan-Ereignisse, die vor etwa 2,1 Millionen, 1,3 Millionen und 640.000 Jahren stattfanden, haben Tausende Kubikkilometer Lava und Asche freigesetzt und dabei das lokale und globale Klima stark beeinflusst.




Zusätzlich zu diesen drei großen Supervulkaneruptionen gab es zahlreiche kleinere Ausbrüche, die weniger explosiv, aber dennoch bedeutend waren. Diese Ereignisse wurden durch rhyolithisches Magma verursacht, das in der mittleren bis oberen Erdkruste gespeichert ist. Rhyolithisches Magma ist dickflüssig und silikatreich, was es anfällig für explosive Ausbrüche macht. Gleichzeitig steigt Basaltmagma aus dem Mantel auf, das dünnflüssiger ist und durch seinen hohen Eisen- und Magnesiumgehalt Wärme liefert, die das rhyolithische Magma aufrechterhält.

Neueste Untersuchungen des United States Geological Survey (USGS) legen nahe, dass sich die magmatische Aktivität unter der Yellowstone-Caldera in nordöstliche Richtung verlagert. Mithilfe einer elektromagnetischen Untersuchungsmethode, die Magnetotellurik genannt wird, die Schwankungen im Erdmagnetfeld misst, konnten die Forscher die Struktur der Kruste und die Verteilung des Magmas unter der Caldera präzise modellieren.

Die Studie, die unter Leitung von Seismologin Ninfa Bennington durchgeführt wurde, identifizierte mindestens sieben Bereiche mit erhöhtem Magmagehalt unter der Caldera. Diese Regionen reichen von tiefen Zonen, etwa 47 Kilometer unter der Oberfläche, bis in flachere Bereiche, die sich nur 4 Kilometer unter der Erdoberfläche befinden. Einige dieser Magmenkörper sind miteinander verbunden und tauschen Wärme und Material aus. Besonders auffällig ist ein großes Magmareservoir unter dem nordöstlichen Bereich der Caldera. Dieses enthält schätzungsweise 440 Kubikkilometer geschmolzenes Gestein – ein Volumen, das dem des Mesa-Falls-Ausbruchs vor etwa 1,3 Millionen Jahren entspricht, dem zweitjüngsten calderabildenden Ereignis in Yellowstone.

Gleichzeitig deutet die Studie darauf hin, dass die vulkanische Aktivität im westlichen Teil der Caldera abnimmt. Die nordöstliche Region zeigt dagegen verstärkte Wechselwirkungen zwischen aufsteigendem Basaltmagma und dem gespeicherten rhyolithischen Magma. Diese Wechselwirkungen könnten das Gebiet für zukünftige Ausbrüche anfällig machen. Dennoch weisen die Forscher darauf hin, dass die aktuellen Magmenreservoire einen vergleichsweise niedrigen Schmelzanteil von 6–28 Prozent aufweisen. Das deutet darauf hin, dass die Reservoirs aktuell nicht ausbruchsgefährdet sind. Damit ein Magma eruptieren kann, braucht es einen Schmelzanteil von mindestens 35 Prozent.

Die Forschungsergebnisse liefern wichtige Hinweise darauf, wie sich die magmatische Aktivität unter der Yellowstone-Caldera entwickelt. Sie betonen auch die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen, um die Dynamik des Magmareservoirs besser zu verstehen und das potenzielle Risiko zukünftiger Ausbrüche präziser einschätzen zu können.

Antarktis: Klimawandel verstärkt Vulkanismus

von

Neue Studie lässt Rückkopplungseffekt zwischen Eisschmelze und Vulkanismus der Westantarktis vermuten

Unter dem westantarktischen Eisschild verbirgt sich entlang eines Riftsystems eine erst vor wenigen Jahren entdeckte Vulkankette, die aus 138 Vulkanen besteht. Einer dieser Vulkane ist der seit Langem bekannte Mount Erebus, der sich am Nordrand des Eisschildes befindet und einen kleinen Lavasee beherbergt. Doch das vermeintlich „ewige“ Eis scheint nicht so beständig zu sein, wie noch vor wenigen Jahrzehnten angenommen. Der Klimawandel greift den über 1.000 Meter dicken Eispanzer der Westantarktis zunehmend an.




Studien aus der Andenregion belegen, dass die Eisschmelze am Ende der letzten Eiszeit dort zu verstärktem Vulkanismus führte. Forscher konnten einen Zusammenhang zwischen der Auflast des Eises auf vulkanischen Gebieten und der Aktivität der Vulkane nachweisen. Solange die Eismassen auf die Erdkruste drücken, wird Magma in Reservoirs komprimiert, was die vulkanische Aktivität hemmt. Schmilzt das Eis jedoch, vermindert sich die Auflast, wodurch das Magma in oberflächennahen Speichersystemen dekomprimiert wird und sich ausdehnt. Durch diese isostatische Druckentlastung steigt das Magma leichter auf. Gleichzeitig bilden sich durch die Dekompression vermehrt Gasblasen, was den Gasdruck im Magmenkörper erhöht und letztlich zu einem Vulkanausbruch führen kann.

Eine neue Studie von A. N. Coonin, C. Huber und J. Troch (Brown University, USA) zeigt anhand von Computersimulationen, dass es in der Westantarktis zu einem Rückkopplungseffekt zwischen Eisschmelze und vulkanischen Eruptionen kommen kann. Schmilzt das Eis, steigen die Magmenreservoirs unter den Vulkanen aufgrund der isostatischen Druckentlastung auf und geben vermehrt Erdwärme ab, was die Eisschmelze beschleunigt. Subglaziale Eruptionen verstärken diesen Effekt zusätzlich, indem sie die Eisschmelze weiter beschleunigen und die eruptive Aktivität weiter anregen.

Ein Prozess, warum mit einer erhöhten vulkanischen Aktivität zu rechnen ist, findet sich in der Entgasung des Magmas, wenn sich die Magmenkörper weiter nach oben bewegen: Durch eine Verminderung des Kompressionsdrucks bilden sich im Magma Gasblasen, wodurch der Gasdruck im Reservoir steigt, was letztendlich zu Vulkanausbrüchen führt.

Dieser Prozess könnte sich derart verstärken, dass ein Kollaps des westantarktischen Eisschildes innerhalb weniger Jahrhunderte möglich wird. Ein solcher Zusammenbruch würde den Meeresspiegel weltweit um bis zu 58 Meter ansteigen lassen, was das Ende vieler Küstenmetropolen wie New York, Sydney und Tokio bedeuten könnte.

Obwohl geologische Prozesse oft in Millionen Jahren gemessen werden und selbst das Schmelzen großer Eisschilde Jahrtausende dauert, warnen die Forscher, dass bereits um das Jahr 2300 ein kritisches Stadium des westantarktischen Eisschildes erreicht sein könnte. (Quelle der Studie: AGU)