Forscher der University of Colorado haben im „Geophysical Research Letters” einen Bericht ihrer neusten Forschungsergebnisse veröffentlicht. Schon seit längerem ist bekannt, dass große Vulkanausbrüche wie der des Pinatubo im Jahr 1991 das Klima beeinflussen können. Aschepartikel und Schwefel-Aerosole gelangen in die Stratosphäre und reflektieren einen Teil der UV-Strahlung. Das bewirkt einen globalen Temperaturrückgang. Neu ist der Effekt, den alltägliche Vulkanausbrüche auf das Klima haben sollen. Die Schwefelmenge, die von ihnen in die Atmosphäre gepustet wird, hat einen ähnlichen Effekt. Der neuen Studie zufolge, müsste die globale, vom Menschen verursachte Klimaerwärmung um ein Viertel höher sein, als sie es tatsächlich ist. Bisher ging man davon aus, dass gestiegene Schwefelemissionen der Schwellenländer die globale Klimaerwärmung bremste. Computersimulationen zeigen nun, dass die Vulkane dafür verantwortlich sein könnten.
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.
Japan: Pompeji ist überall
Vulkankatastrophen suchten die Menschen schon immer heim und hinterließen ihre Spuren in der Geschichte. Von manchen dieser Katastrophen zeugen heute Ausgrabungsstätten, von denen die bekannteste in Italien liegt: am 24. August 74 wurden die römischen Städte Pompeji, Herculaneum und Stabiae zerstört. Bei dem Ausbruch des Vesuvs starben mindestens 2000 Menschen. Manche Autoren gehen von beinahe 10.000 Opfern aus. In den pyroklastischen Ablagerungen, die die Stadt 12 m hoch bedeckten wurden zahlreiche menschliche Überreste gefunden. Die verwesten Leichen hinterließen Hohlräume, die mit Gips ausgegossen wurden. So entstanden die bekannten Gipsleichten. Pompeji ist aber bei weitem nicht die einzige Ausgrabungsstätte in der Menschen im Augenblick ihres gewaltsamen Todes durch einen Vulkanausbruch konserviert wurden. Vor wenigen Monaten machten Grabungsfunde vom Vulkan Tambora in Indonesien Schlagzeilen und jüngst entdeckte man die sterblichen Überreste eines „Samurai“ in Japan. Die Leiche des Mannes, der eine Rüstung aus Metallplatten trug, die mit Lederschnüren verbunden waren, wurde in den Ablagerungen eines Pyroklastischen Stroms gefunden. Der Pyroklastische Strom entstand im 6. Jahrhundert und wurde vom Vulkan Haruna generiert, der nordwestlich von Tokio liegt. In dieser Gegend wurden beim Bau von 2 Autobahnabschnitten schon mehrere bedeutende archäologische Funde gemacht und das Areal ist als Ausgrabungsgebiet Kanai Higashiura bekannt. Zwei besondere Umstände betonen die Wichtigkeit des Fundes: der Mann hatte sich dem Pyroklastischen Strom entgegengestellt und war nicht geflüchtet. Neben dem Mann fand man Bruchstücke eines Kinderschädels. Archäologen spekulieren nun darüber, ob der Mann den Vulkan besänftigen wollte, und ob das Kind vielleicht sogar geopfert wurde. Eine DNA-Analyse soll nun zeigen, ob der Mann einer höhergestellten Familie zugeordnet werden kann.
Eine weitere bedeutende Ausgrabungsstätten, die mit einer Vulkankatastrophe zusammenhängt findet man auf Santorin. Seit dem letzten Jahr sind die Ausgrabungen von Arkotiri wieder für Besucher zugänglich.
Moderne Ruinenstädte kann man auf Montserrat und in Chile besichtigen. Auf Montserrat wurde die Inselhauptstadt Plymouth von Pyroklastischen Strömen zerstört. In Chile ist es die Stadt Chaiten, die Opfer von Laharen wurde. 
Neue Erkenntnisse über die Entstehung von Vulkanausbrüchen
Vulkane können auf sehr unterschiedliche Arten ausbrechen: mal fließt die Lava ruhig aus dem Förderschlot und bildet relativ harmlose Lavaströme, mal eruptiert Lava in gewaltigen Explosionen die sogar das globale Klima ändern können. Zwischen den Extremen sind vielfältige Mischformen möglich. Die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten der Vulkane liegen im Magma begründet. So wird die Lava genannt, wenn sie sich noch im Inneren der Erde befindet und viel Gas enthält. Wichtige Kriterien für die Art des Vulkanausbruches sind die chemische Zusammensetzung des Magmas, Druck, Temperatur, Viskosität, Kristallisation und die Rheologie der Gasblasen. Letztem Kriterium kommt eine ganz besondere Bedeutung zu, dass fand jüngst eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Don Baker heraus. Die Forscher untersuchten Lavaproben vom Ätna und Stromboli am Schweizerischen Paul-Scherer-Institut.
Winzige Lavastücke wurden mittels eines neuentwickelten Lasers erhitzt und mit Hilfe eines TOMCAT – Computertomografen in Realzeit beobachtet. Im Blickpunkt standen dabei die Blasenbildung und die Veränderungen des Mikrogefüges der Lavaprobe unter Hitzeeinwirkung.
Zwei Laser erhitzten die Lavaprobe auf über 1000 Grad bis die Probe geschmolzen war. Die Basaltprobe enthielt 3 Prozent Wasser, welches bei der Erhitzung verdampfte und Gasblasen bildete die unter Druck standen. Während des Schmelzvorganges nahm das Volumen der Lavaprobe stark zu. So wuchs eine reiskorngroße Probe auf die Größe einer Cherry-Tomate. Die Forscher variierten nun die Geschwindigkeit der Aufheizung und beobachteten, dass die Probe explodierte, wenn man sie zu schnell erhitzte. Es entstanden große Gasblasen, bevor das Material geschmolzen war. Da der Gasdruck nicht langsam abgebaut werden konnte, das Gestein aber an Widerstandskraft (bzw. Bruchfestigkeit) verlor, kam es zum Bersten des Materials. Wurde die Probe hingegen langsam erhitzt, bildeten sich Gasblasen die ruhig aus der Schmelze entwichen.
Laut Baker sind die ersten 10 Sekunden der Blasenbildung entscheiden, ob die Gasblasen die Gesteinsprobe zerbersten, oder ob eine Schmelze entsteht, aus der das Gas langsam entweicht. Wenn in den ersten 10 Sekunden nichts passiert ist, dann passiert auch im Folgenden nichts dramatisches mehr. Die Forscher übertragen die Erkenntnisse ihrer Arbeit auf das Ausbruchsverhalten der Vulkane und kommen zu dem Schluss, dass es sich auch innerhalb der ersten Sekunden der Blasenbildung im Magma entscheidet, ob der Vulkan explosiv, oder effusiv ausbricht.
Bei der Übertragung solcher Forschungsergebnisse muss allerdings immer berücksichtigt werden, dass den Wissenschaftlern nur Lavaproben zur Verfügung stehen und kein Magma. Ein Umstand, der erst einmal wie Wortklauberei vorkommen mag, in der Tat aber eine der größten Schwächen der experimentellen Vulkanologie darstellt. Lava ist ja bereits weitgehend entgastes Magma. Der Lava fehlt der größte Teil volatiler (flüchtiger) Komponenten, daran ändert auch das Schmelzen der Lava nichts. Waren in der Lavaprobe 3 Prozent Wasser enthalten, so muss im Magma weitaus mehr Wasser enthalten gewesen sein. Das Problem ließe sich vielleicht verringern, wenn den Wissenschaftlern Probenmaterial aus dem Erdinneren zur Verfügung stände. Da man an unverändertes Magma kaum rankommt, wäre hier noch Ganggestein, oder Material aus Plutone am sinnvollsten.
(Quelle: https://www.psi.ch/media/x-rays-provide-insights-into-volcanic-processes)
Von Polsprüngen und Supervulkanen: das Laschamp-Ereignis
Eine oft gestellte Frage dreht sich darum, wie schnell es zu einem Polsprung kommen kann. Unter diesem Phänomen versteht man eine Umkehrung der Polarität des Erdmagnetfeldes. Der magnetische Nordpol liegt nach einem Polsprung nahe dem geografischen Südpol und umgekehrt. Zudem können auch Nebenpole entstehen. Während des Polsprunges kann die Stärke des Erdmagnetfeldes stark abnehmen, oder es kann ganz kollabieren. Da das Erdmagnetfeld quasi unser Schutzschild vor kosmische Strahlung ist, geht von einem Polsprung eine große Gefahr für Lebewelt und Technik aus. Statistisch gesehen findet so ein Polsprung alle 250.000 Jahre statt und der Zeitraum während dem sich die Polarität des Erdmagnetfeldes ändert dauert zwischen 4.000 und 10.000 Jahre. Der letzte Polsprung soll sich vor gut 780.000 Jahren ereignet haben, demnach wäre ein neuer Polsprung überfällig. Wenigstens sind das die allgemein publizierten Daten.
Dass dem nicht so ist bewies ein Forscherteam des GFZ-Potsdams. Das Team um Dr. Norbert Nowaczyk und Prof. Helge Arz untersuchte eine Anomalie im Paläomagnetismus der Erde, die sich vor 41.000 Jahren ereignete: das Laschamp-Ereignis. Diese Anomalie entdeckte man bereits vor 45 Jahren im Lavagestein der gleichnamigen Ortschaft im vulkanischen Zentralmassiv. Die Vulkane waren zur Zeit des Ereignisses noch aktiv. Bei einem Vulkanausbruch wurden Lavaströme gefördert und in der Schmelze kristallisierten magnetische Mineralien. Die Magnetisierung dieser Mineralien richtete sich nach dem damaligen Verlauf der Erdmagnetfeldlinien aus, welche deutlich von der Richtung der heutigen Feldlinien des Erdmagnetfeldes abweicht. Bisher hielt man diese Anomalie für ein lokales Phänomen.
Das Forscherteam des GFZ untersuchte nun Sedimentbohrkerne aus dem Schwarzen Meer. Die Sedimente wurden im Zeitraum der letzten Eiszeit abgelagert. In den Sedimenten fanden sich auch magnetische Mineralien, deren Magnetisierung jener entspricht, wie man sie von den Gesteinen aus Laschamp kennt. Die Forscher verglichen weitere Daten, u.a. aus Hawaii und können nun sagen, dass sich vor 41.000 Jahren ein Polsprung zugetragen hat. Zudem enthalten die Sedimente vom Schwarzen Meer auch Hinweise auf das Klima zur Zeit ihrer Ablagerung. Die Wissenschaftler verglichen Daten von besonderen Klimaereignissen während der letzten Eiszeit, mit Eisbohrkernen aus Grönland und konnten so Zeitmarken setzten und die Geschwindigkeit der Sedimentation berechnen. Daraus ließ sich der zeitliche Hergang des Polsprunges rekonstruieren. Das Ergebnis überraschte selbst die Wissenschaftler: die entgegengesetzte Polarisation bestand für 440 Jahre und die Umpolphase dauerte nur 250 Jahre, im geologischen Zeitrahmen betrachtet sind das sehr kurze Zeiträume! Die Stärke des Erdmagnetfeldes betrug während der Umpolphase nur noch 5% des heutigen Wertes. Soweit die Forschungsergebnisse der Wissenschaftler.
Was bedeutet das für uns? Jenseits der bereits bekannten langfristigen Polsprünge gibt es Polsprünge die sich rasant entwickeln und nur kurze Zeit anhalten. Bereits seit einigen Jahrzehnten gibt es Hinweise auf einen beginnenden Polsprung. An einigen Orten der Erde nimmt die magnetische Feldstärke stark ab und die magnetischen Pole verlagern sich. Bisher sind die meisten Wissenschaftler davon ausgegangen, dass wir noch sehr viel Zeit haben, uns auf eine mögliche Katastrophe globalen Ausmaßes vorzubereiten, doch vielleicht bleibt uns diese Zeit nicht. Zu befürchten ist, dass Satelliten und elektrische Geräte durch einen Polsprung und dem erhöhten Strahlungsbeschuß beschädigt, oder zerstört werden. Wahrscheinlich wird es eine starke Zunahme von Krebsfällen geben. Auf der anderen Seite gab es zur Zeit der Laschamp-Umpolung bereits Menschen, die das Ereignis überlebt haben. Allerdings begann ungefähr zu dieser Zeit auch das Aussterben des Neandertalers. Ich würde vermuten, dass ein Polsprung unsere Zivilisation stark verändern würde, dass die Menschheit als solches aber überlebt.
Neben besondere Klimaereignisse und den Spuren des Polsprungs, konnten die Geoforscher ein weiteres Ereignis globaler Bedeutung aus den Sedimentbohrkernen lesen: den Supervulkan-Ausbruch der Campi Flegrei. Diesen datierten sie auf 39.400 Jahre vor heute. Einige Wissenschaftler halten es für möglich, dass dieser Vulkanausbruch das Verschwinden des Neandertalers einleitete. Das endgültige Ende des Neandertalers korreliert mit einem weiteren gigantischen Vulkanausbruch gut 13.000 Jahre nach der Eruption der Campi Flegrei. Damals brach auf Neuseeland der Calderavulkan Taupo aus.
(Quellen: Pressemitteilung GFZ; Wikepedia; Planet Erde)
Campi Flegrei: Bohrprojekt startet
Die Phlegräischen Felder (Campi Flegrei) liegen bei Pozzuoli, in Sichtweite Neapels. Was lange Zeit nur als Konglomerat kleinerer Vulkankrater und geothermal aktiven Arealen galt, ist tatsächlich ein großer Caldera-Vulkan mit einem hohen Gefahrenpotenzial. Die Campi Flegrei stehen im Verdacht genug Kraft für einen Supervulkan-Ausbruch sammeln zu können und stehen unter besonderer wissenschaftlicher Beobachtung.
Noch in diesem Monat soll ein oft verschobenes Bohrprojekt starten. Zweck der wissenschaftlichen Bohrung ist es zunächst moderne Messinstrumente zu installieren, die in der Tiefe gut gegen äußere Einflüsse geschützt sind und Messungen direkt im Gestein durchführen können. Es sollen u.a. neuartige Sonden installiert werden, die neben Temperatur- und Druckmessungen auch Spannungen im Gestein messen können. Ziel der Forschungsbohrung ist die langfristige Exploration des Caldera-Vulkans und dem Rätsel des Bradyseismos auf die Spur zu kommen.
Bei diesem Phänomen handelt es sich um starke Bodendeformationen, die die Küste im Golf von Pozzuoli teileweise mehrere Meter anheben und wieder senken. Dieser Prozess wird von zahlreichen Erdbeben begleitet und richtet große Schäden an der Bausubstanz des dicht besiedelten Gebietes an. Während der jüngsten Hochphase der Bodendeformationen in den 1980er Jahren, bewegte sich der Boden mit einer Hebungsrate von ca. 1 m pro Jahr und einige Wissenschaftler befürchteten einen Vulkanausbruch, da solche extremen Bodendeformationen oft von Magma ausgelöst werden, das in den Untergrund einströmt. Doch der Vulkanausbruch blieb aus. Dass es sich beim Bradyseismos um ein langfristiges und periodisch wiederkehrendes Phänomen handelt, beweist das Marcellum aus römischer Zeit. An den Säulen der antiken Ruine, die an der Uferpromenade von Pozzuoli liegt, sind heute noch Spuren von Bohrmuscheln zu sehen; in ca. 2 m Höhe. Ein Indiz dafür, dass die Säulen und mit ihnen der gesamte Küstenabschnitt lange Zeit tief im Wasser standen.
Das Bohrprojekt wird in Kooperation des INGV und Geoforschungszentrum Potsdam durchgeführt. Hier sind die Wissenschaftler Dr. Ulrich Harms und Dr. Thomas Wiersberg für das Forschungsprojekt verantwortlich. Die Bohrung wird in mehreren Phasen durchgeführt: Im Juli wird zunächst ein 200 m tiefes Loch gebohrt, dass im Herbst dann auf 500 m Tiefe verlängert werden soll. In diesem Bohrloch werden die Messinstrumente installiert. Diese Instrumente wurden und werden noch vom GFZ-Potsdam entwickelt.
Zu einem späteren Zeitpunkt wird eine 3,5 km lange Bohrung abgeteuft. Da diese Bohrung abgewinkelt verlaufen soll, wird sie eine Maximaltiefe von 2,5 km erreichen. Diese Bohrung dient in erster Linie der Probenentnahme in Form von Bohrkernen, sowie der geothermalen Exploration.
In den vergangenen Jahren wurde der Start des Projektes aufgrund Proteste besorgter Anwohner immer wieder verschoben. Viele Menschen befürchten, dass die Bohrung einen Vulkanausbruch auslösen könnte. Die Wissenschaftler teilen die Befürchtung nicht, da sie die Magmakammer in einer Tiefe zwischen 5 – 7 km vermuten und die Bohrung höchstens die Hälfte der Strecke zum Magma zurücklegen wird. Zudem ist bei anderen Bohrprojekten in vulkanischen Gegenden noch nie ein Vulkanausbruch ausgelöst worden, selbst wenn Magmataschen angebohrt wurden. Normalerweise versiegelt die Schmelze das Bohrloch wieder.
Siehe auch: Bildergalerie Golf von Neapel
Tambora: die Entdeckung eines Königreiches
Die Eruption des Vulkans Tambora auf der indonesischen Insel Sumbawa war eine Katastrophe unvorstellbaren Ausmaßes: mehr als 12.000 Menschen starben während des größten Vulkanausbruches in geschichtlicher Zeit. An den Spätfolgen gingen nochmal 71.000 Menschen zugrunde. Die Spätfolgen wurden durch die gigantischen Aschemassen und Aerosole hervorgerufen, die der Vulkan bis hoch in die Stratosphäre schleuderte. Die Partikel verteilten sich global und sorgten für einen Temperaturrückgang, in dessen Folge es zu Missernten und Hungersnöten in Europa und Nordamerika kam.
Die direkten Opfer des Vulkanausbruches bevölkerten ein legendäres Königreich das am Fuße des Vulkans lag und seinen Namen trug: Tambora. Lange Zeit kusierten nur Mythen und Gerüchte um Tambora, die in den 1980iger Jahren durch vereinzelte Funde von Knochen und Tonscherben genährt wurden. Von diesen Artefakten angelockt begann der Vulkanologe Haraldur Sigurdsson mit ersten Ausgrabungen Am Fuße des Vulkans. Das war im Jahr 2004. Während dieser ersten Grabung förderte man die Grundrisse eines Gebäudes zu Tage in dem 2 skelettierte Opfer der Katastrophe lagen. Die Gebäudereste befanden sich unter einer 3 Meter mächtigen Schicht aus Ablagerungen pyroklastischer Ströme, deren Gluthitze nur wenig wiederstehen konnte. Die Holzbalken des Hauses wurden total verkohlt, eines der Skelette befand sich in einem üblen Zustand. Nur chinesisches Porzellan, Eisenwerkzeuge und Kupfertöpfe überstanden die Hitze.
Seit der ersten Grabung wurden mehrere Grabungskampangen durchgeführt, die unter der Leitung von Dr M. Geria (Universität von Bali) und unter Miarbeit von Emma Johnston (Uni Bristol) stattfanden. Nach und nach gewannen die Wissenschaftler ein immer umfassenderes Bild vom einstigen „Königreich Tambora“, das scheinbar eher eine dörfische Struktur hatte. Allerdings zeugen neue Funde, zu denen auch Juwelen gehören, vom Wohlstand der Tamboraner, die ihrem Reichtum vermutlich dem Handel mit Sandelholz, Pferden und Honig verdankten. Bei den Ausgrabungen kamen auch weitere Skelette zutage. Eines davon bedeckt seinen Kopf mit der Hand, vermutlich um sich zu Schützen. Diese Haltung entdeckte man auch bei zahlreichen Opfern aus Pompeji und Herculaneum, die Städte, die beim Ausbruch des Vesuvs im Jahre 79 n. Chr. untergingen.
Das Wissenschaftlerteam wird auch diesen Sommer nach Sumbawa zurückkehren und versuchen, Vulkan und Königreich weitere Geheimnisse zu entlocken. Mit von der Partie wird auch der gebürtige Niederländer Rik Stoetman sein, der die Expeditionen nach Tambora leitet.
Santorin: Envisat misst Bodendeformation
Während der ESA-Weltraummission maß der Satellit Envisat Bodendeformationen unterschiedlicher Vulkane. Die Messungen wurden mit einem „Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar“ durchgeführt.
Besonders auffällig waren die Deformationen auf Santorin. Im Beobachtungszeitraum Januar 2011 – April 2012 wurde eine Bodenanhebung von 3 – 4 cm gemessen. Spitzenwerte von 5 cm wurden im Nordosten von Nea Kameni registriert. Die kleine Vulkaninsel in der Caldera von Santorin ist die jüngste Manifestation des Vulkanismus auf der Ägäis-Insel. Im Nordosten Nea Kamenis liegen auch die heißen Quellen, in denen man vom Boot aus baden kann.
Die Messungen ergaben, dass sich die Hebungsrate im Frühjahr 2012 verringerte. Die Daten korrelieren mit den seismischen Messungen, die in den letzten Wochen auch wieder rückläufig waren.
Seismik und Bodendeformation liefern Hinweise darauf, dass Magma in die Magmakammer des Vulkans einströmt und dadurch den Boden anhebt. Ob- und wann es zu einem Vulkanausbruch auf Santorin kommen wird und welches Ausmaß er haben könnte, lässt sich derzeit nicht bestimmen.
Hier gibt es eine Bildergalerie und ein Video über Santorin, die während meines Aufenthaltes vor 2 Jahren dort entstanden sind. Der Originalbericht der ESA enthält eine schöne Animation.
Yellowstone: mehrere Eruptionen als gedacht?
In den letzten Tagen erschienen einige Artikel über neue Forschungsergebnisse bezüglich der Eruptionszyklen des Yellowstone-Vulkans. Gesteinsproben des ca. 2 Millionen Jahre alten Huckelberry Ridge Tuff wurden mit Hilfe der Argon-Isotopen-Methode neu datiert. Dabei stellten die Forscher um Ben Ellis fest, dass die vulkanischen Proben dieser Gesteinsserien unterschiedliche Alter aufwiesen. Ging man bisher davon aus, dass sich die Ablagerungen einer Gesteinsserie während einer einzelnen gigantischen Eruption bildeten, wird jetzt vermutet, dass die Vulkanite durch verschiedene Ausbrüche gefördert wurden. Die Pausen zwischen den Eruptionen betrugen mehrere Jahrtausende. Die einzelnen Ausbrüche hatten immer noch den Charakter eines Supervulkan-Ausbruches, waren aber deutlich schwächer als es ein einzelner Ausbruch gewesen wäre.
Maßgeblich hat sich an dem Gefahrenpotential des Yellowstone-Vulkans für uns nicht viel geändert. Die Eruptionszyklen erfolgen weiterhin in dem Rhythmus von ca. 700.000 Jahren, nur kommt es in einem Zyklus scheinbar zu mehreren Eruptionen die einzeln betrachtet zwar schwächer sind, aber immer noch eine globale Katastrophe hervorrufen können. Möglicherweise könnten mehrere Eruptionen innerhalb eines Zyklus auch stärkere Auswirkungen auf das globale Klima haben, da der Natur weniger Zeit bleibt um sich zu normalisieren.
Vesuv: Simulation eines Vulkanausbruches
Das INGV-Neapel stellte auf einem Vulkanologen-Kongress eine neue Computersimulation vor, die die ersten Minuten eines Vesuv-Ausbruches zeigt. Durch klicken auf das Bild gelangt ihr zu einem Video von Spiegel-Online mit besagter Animation.
Ziel der neuen Animation sei es, die Bevölkerung im Golf von Neapel auf die Gefahren hinzuweisen, die vom Vesuv ausgehen. Es leben ca. 3 Millionen Menschen im Einzugsgebiet des Vulkans und mehr als 750.000 in der Zone mit der höchsten Gefahrenstufe. Die Simulation zeigt einen Ausbruch mittlerer Stärke, wie er sich zuletzt 1631 ereignete. Die Folgen eines Vulkanausbruches wie im Jahre 79 n.Chr. wären weitaus dramatischer. Damals wurden die Städte Pompeji, Herculaneum und Stabiae zerstört. In der Bronzezeit ereignete sich die Avellino-Eruption die noch stärker war. Dass zeigt, dass die neue Simulation kein worst-case Szenario darstellt, sondern eher eine Verharmlosung des Gefahrenpotentials des Vesuvs ist.