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.

Mysteriöse Fußabdrücke am Kilauea auf Hawaii

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Fußabdrücke am Kilauea auf Hawaii zeugen von überraschendem Vulkanausbruch

Der Kilauea auf Hawaii stand in den letzten Tagen häufig in den Schlagzeilen, weil er immer wieder Schwarmbeben erzeugt, die sich südlich der Gipfelcaldera ereignen. Sie gehen einher mit einer Anhebung des Bodens. Beide Phänomene hängen zusammen und werden von Magma verursacht, das im Fördersystem aufsteigt und eine Intrusion bildet. Obwohl die Seismizität fluktuiert und gestern wieder auf normalem Niveau angekommen war, scheint ein neuer Vulkanausbruch nur eine Frage der Zeit zu sein. Normalerweise bringen die Eruptionen auf Hawaii rotglühende Lava hervor, entweder in Form von Lavafontänen, die Lavaströme speisen, oder direkt als Lavaseen, die sich in steilen Pitkratern bilden. Diese Aktivitätsformen sind so typisch für die Vulkane Hawaiis, dass man sie auch als hawaiianische Eruptionen bezeichnet.

Dass es aber auch anders geht und nicht nur rotglühende Lava, sondern auch schwarzgraue Aschewolken gefördert werden können, davon zeugen 1.773 menschliche Fußabdrücke in versteinerten Ascheablagerungen in der Kau-Wüste im Südwesten des Vulkans Kilauea. Gleichzeitig sind sie ein Beleg dafür, dass bereits damals Menschen von Vulkanausbrüchen überrascht wurden, so wie es gestern am Marapi auf Sumatra der Fall gewesen war. Allerdings wurden die Fußabdrücke nicht etwa von Vulkantouristen hinterlassen, sondern von mindestens 441 Individuen, die während des Ausbruchs im Jahr 1790 durch die frische Vulkanasche liefen. Sie waren wahrscheinlich Mitglieder einer flüchtenden Kriegspartei und nicht alle überlebten die Durchquerung der Kauwüste.

Die Kauwüste ist eine trockene, öde Landschaft, die von Ascheschichten geprägt ist. Wenn es hier regnet, sind die Niederschläge häufig sauer, da sie die Schwefelgase des Vulkans auswaschen. Daher wächst in dieser Gegend des Vulkans nichts. In dieser Umgebung sind die versteinerten Fußabdrücke erhalten geblieben.

Die Fußabdrücke entstanden durch eine Mischung von Asche und Feuchtigkeit, die zu einer lehmigen Substanz wurde, in der die Menschen während einer Eruption gingen. Als diese Substanz austrocknete, blieben die Fußabdrücke erhalten.

Der Ausbruch hielt unter dem Namen „Keonehelelei“ Einzug in die Geschichtsbücher des hawaiianischen Archipels. Der Ausdruck „Keonehelelei“ bedeutet „fallender Sand“, beschreibend für die Asche, die weiträumig auf die Kau-Wüste niederging und kilometerweit sichtbar war.

Es wird angenommen, dass Häuptling Keoua und seine Armee auf ihrem Rückzug durch die Kau-Wüste vom Ausbruch überrascht wurden. Während die meisten Gruppen die Wüste unbeschadet passierten, wurde eine Gruppe von einer Gas- und Dampfexplosion getroffen und starb.

Es gibt unterschiedliche Berichte über die Anzahl der Todesopfer, und es bleibt unklar, was mit den Leichen passierte. Es wird vermutet, dass sie in den Kilauea geworfen wurden. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die Menschen möglicherweise ohne Schuhe durch die Asche gingen, da diese weicher war als die harte Lava.

Obwohl die Geschichte der gefallenen Armee den Fußabdrücken im Hawaii Volcanoes National Park eine primäre Bedeutung verleiht, haben weitere Studien auch andere historische Merkmale in der Region aufgedeckt, einschließlich zahlreicher archäologischer Stätten aus verschiedenen Zeiträumen.

Rätsel um Tsunami der Kolumbos-Eruption gelöst?

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Studie findet Belege für unterseeischen Hangrutsch während der Kolumbos-Eruption nahe Santorin

Während die Minoische Eruption des griechischen Inselvulkans Santorin, die sich in der Bronzezeit ereignete, vielen Menschen bekannt ist, wissen die Wenigsten um einen ebenfalls sehr starken Vulkanausbruch, der sich im Jahre 1650 am nur 7 km entfernten Unterwasservulkan Kolumbos zutrug. Diese Eruption galt als die stärkste Eruption des östlichen Mittelmeers innerhalb von 1000 Jahren.

Im Jahr 1649 hatte sich der submarine Vulkan durch eine Reihe kleinerer Eruptionen so weit erhoben, dass er über die Wasseroberfläche ragte. Im September 1650 eruptierte der junge Inselvulkan dann so stark, dass er einen Tsunami auslöste, der noch in 150 km Entfernung große Zerstörungen anrichtete. Mehr als 70 Bewohner der 7 km entfernten Insel Santorin starben. Viele Gebäude wurden zerstört, der Ascheregen brachte Ackerbau und Viehzucht zum Erliegen.

Augenzeugenberichte beschrieben den Ausbruch, bei dem der Vulkan sieben Kilometer nordöstlich von Santorini glühendes Gestein, Feuer und Blitze ausspuckte, begleitet von einem dunklen Himmel. Das Meerwasser wich zurück und kehrte mit gewaltigen Wellen zurück, die bis zu zwanzig Meter hoch waren. Die Explosion war noch in einer Entfernung von mehr als 100 Kilometern zu hören. Es entstanden enorme pyroklastische Ströme, die weit aufs Meer hinaus flossen.

Die genaue Ursache der Tsunami-Entstehung ist eines der Rätsel, dass sich um die Eruption rankt, denn die Kraft der Eruption reichte nicht aus, um bis zu 20 m hohe Wellen zu erzeugen. Dieses Rätsel zu lösen, nahm sich ein deutsches Forscherteam unter Leitung von Dr. Jens Karstens vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel als Aufgabe. Sie erstellten eine Studie, die jüngst in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.

Die Forscher an Bord des Forschungsschiffs Poseidon nutzten seismische Untersuchungsmethoden zur dreidimensionalen Visualisierung des Untergrunds, um ein Bild des Kraters in 18 m Tiefe zu erstellen. Dabei entdeckten sie erhebliche Verformungen an einer Seite des Depression, die auf einen großen Erdrutsch hindeuteten. Die Kombination aus Erdrutsch und Vulkanausbruch führte laut Computermodellierungen zur Entstehung des Tsunamis, wobei der Vulkanausbruch allein nicht ausreichte, um die beobachtete Tsunami-Höhe zu erklären.

Dr. Karstens erklärte, dass die Instabilität, die Zusammensetzung des Vulkans und seine steilen Hänge zur Intensität des Ausbruchs beitrugen und dass der Ausbruch „wie das Entkorken einer Champagnerflasche“ war, wobei er über mehrere Wochen Lava ausstieß.

Die Erkenntnisse aus dieser Studie sind von großer Bedeutung für die Entwicklung von Überwachungsprogrammen für aktive Unterwasservulkane. Ein solches Programm namens SANTORY wird von Co-Autor Prof. Dr. Paraskevi Nomikou von der Nationalen und Kapodistrischen Universität Athen (NKUA) geleitet. Dr. Karstens hofft, dass die Ergebnisse dazu beitragen, innovative Ansätze zur Echtzeitüberwachung vulkanischer Aktivitäten zu entwickeln und möglicherweise ein Frühwarnsystem zu etablieren.

Kolumbos stand in diesem Jahre bereits einmal in den Schlagzeilen von Vnet, da Forscher einen aktiven Magmenkörper nachwiesen. Hier der Artikel.

(Quelle: Studie bei nature.com)

Aussterben der Dinosaurier durch vulkanische Aktivität?

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Neues Computermodel zeigt, dass Dinosaurier durch die Eruption des Dekkan-Trapp ausgestorben sein könnten

Die Dinosaurier starben vor gut 66 Millionen Jahren aus und lange Zeit galt es als ziemlich sicher, dass sie vom Einschlag eines Asteroiden ausgelöscht wurden, der im Gebiet der heutigen Yukatan-Halbinsel in Mexiko einschlug. Der Impakt hinterließ den 180 km durchmessenden Chicxulub-Krater, den man nur durch geologische Spurensuche entdeckte. Zeitgleich gab es im Gebiet des heutigen Indiens eine mehrere Jahrtausende andauernde Eruption, bei der die ursprünglich 1,5 Millionen Quadratkilometer bedeckende Dekkan-Trapp-Flutbasaltprovinz entstanden ist. Es wurde diskutiert, dass diese Eruption mitverantwortlich für das Aussterben der Dinosaurier sein könnte. Einige Forscher vermuteten sogar, dass der Vulkanausbruch der eigentliche Dinosaurierkiller war. Das Wort „Vulkanausbruch“ steht eigentlich nur als Synonym für die damaligen Prozesse, die zur Bildung der Flutbasaltprovinz verantwortlich waren, denn ihre Entstehung zog sich mindestens über mehrere Hunderttausend Jahre hin. Manche Autoren gehen sogar davon aus, dass der Basalt innerhalb von 9 Millionen Jahren zutage trat. Es wurden 500.000 Kubikkilometer Schmelze gefördert, die möglicherweise durch einen gigantischen Mantelplume aufstiegen.

Die Forscher Alexander Cox und Brenhin Keller vom amerikanischen Dartmouth College waren der Spekulationen überdrüssig und fütterten einen „Supercomputer“ mit allen vorhandenen Daten aus der Zeit der Katastrophe, die die Grenze zwischen den Epochen Kreide und Tertiär markiert. Bei der Katastrophe starben nicht nur die Dinosaurier aus, sondern rund 70% aller Arten. Zugleich machte sie den Weg frei für die Herrschaft der Säugetiere. Sowohl Asteroideneinschlag, als auch Vulkanausbruch setzen so viele Gase und Aschepartikel frei, dass sich das Weltklima dramatisch änderte. Es kam zu mehreren aufeinanderfolgenden Wärme- und Kältephasen und somit zu vermindertem Pflanzenwuchs, so dass die Nahrungsketten auf Jahrtausende unterbrochen wurden. Zwar starben auch zahlreiche Dinosaurier aufgrund der explosiven Wirkung des Asteroideneinschlags, die Massen der Tiere verhungerten allerdings.

In der Studie wurde per Computeranalyse errechnet, welches Ereignis, wie viel klimaverändernde Stoffe in die Atmosphäre eintrug und wie diese im Verhältnis zur atmosphärischen Selbstreinigung standen. So war das Computermodell in der Lage, den Kohlenkreislauf von den heutigen Ausgangswerten zurückzurechnen. Eine Fähigkeit, die künftigen Modellrechnungen zum anthropogenen Klimawandel zugutekommen könnten.

Das Modell kam zu dem Schluss, dass sowohl der Asteroid als auch die Vulkane zum Aussterben der Dinosaurier beigetragen haben, wobei die vulkanische Aktivität allein ausgereicht hätte, um ein globales Massensterben auszulösen.

Der Chicxulub-Asteroideneinschlag beschleunigte laut dem Modell das ohnehin vom Dekkan-Trapp ausgehende Massenaussterben. Die Auswirkungen des Einschlags waren jedoch schwächer und kurzlebiger als bisher angenommen und führten wahrscheinlich nur zu einem kurzen globalen Einschlagswinter.

Ähnlich kontrovers wird übrigens die Frage diskutiert, wie das Wasser auf die Erde kam: Kosmologieanhänger postulieren, dass das Wasser in der Frühzeit der Erde über eishaltige Asteroiden und Kometen zu uns kam, während Terraner glauben, dass es von Vulkanen ausgeschwitzt wurde. (Quelle: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3875)

Übrigens, kennt ihr schon meine neue Schülerseite über Dinosaurier?

Entstehungsgeschichte der Solfatara

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Die seismische Aktivität der Campi Flegrei ist auch heute erhöht und es gibt schwache Erdbeben, von denen sich viele im Bereich des Solfatara-Kraters ereignen. Grund genug, einmal die seine Entstehungsgeschichte genauer zu betrachten.

Der Calderavulkan Campi Flegrei bildete einen Großteil des süditalienischen Golfs von Pozzuoli, der in direkter Nachbarschaft zum bekannteren Golf von Neapel liegt. Vor den beiden Meeresbuchten liegen die bekannten Inseln Capri und Ischia. In der Caldera selbst befinden sich mehrere große und kleine Vulkankrater, die teilweise mit Schlackenkegeln assoziiert sind. Einige der größeren Krater sind mit Seen gefüllt und erinnern an Maare. In diese Kategorie wird seit einigen Jahren auch der Krater der Solfatara geführt, der wohl die bekannteste vulkanische Manifestation der Phlegräischen Felder -wie die Caldera bei uns häufig genannt wird- darstellt.

Spätestens seit einer neuen Studie, die im Jahr 2015 veröffentlicht wurde, wird die Solfatara als Maar bezeichnet, dessen Krater einen Durchmesser von 610 bis 710 Metern hat und etwa 0,35 Quadratkilometer Fläche bedeckt. Die maximale Höhe des Kraterrands beträgt etwa 80 Meter über dem Kraterboden. Die geologische Struktur der Solfatara zeichnet sich durch ein Diatrem aus, das etwa 3 Kilometer tief ist und von Verwerfungen in verschiedenen Richtungen begrenzt wird. Ein Diatrem kann man als besondere Art eines verfüllten Vulkanschlots ansehen, der mit Gasexplosionen assoziiert ist und Ähnlichkeiten mit einer Kimberlit-Pipe aufweist.

Profil-Schnitt durch die Solfatara. © INGV Napoli nach Isaia et al., 2015
Profil-Schnitt durch die Solfatara. © INGV Napoli nach Isaia et al., 2015

Entstehung der Solfatara

Der Solfatara-Krater bildete sich während der dritten Aktivitätsphase der übergeordneten Struktur der Caldera Campi Flegrei. Bereits bevor sich die Solfatara vor 4280 Jahren bildete, gab es in dem Gebiet vulkanische Aktivität, darunter strombolianische Eruptionen in S.Maria delle Grazie und die explosiven Ausbrüche von Monte Olibano und Paleoastroni 3. Außerdem wurden Lavadom-Ablagerungen von Accademia und Monte Olibano gefunden. Auf der Innenseite des Kraters enthüllten petrografische Kartierungen pyroklastische Ablagerungen des großen plinianischen Ausbruchs von Agnano-Monte Spina. Dieser ereignete sich vor 4.550 Jahren. Als die Solfatara entstand, durchschlug die Eruption diese Ablagerungen.

Die stratigraphische Abfolge der Solfatara-Ablagerungen zeigt, dass der initiale Ausbruch durch pyroklastische Ströme und Ascheniederschlag gekennzeichnet war. Es muss also zu einer starken explosiven Eruption gekommen sein, die wahrscheinlich phreatomagmatischen Ursprungs war. Insofern gleicht die Entstehungsgeschichte der Solfatara der des Laacher-See-Vulkans in der Eifel, selbst wenn dieser Ausbruch stärker gewesen sein dürfte. Es gab auch eine weitere Interaktion zwischen Magma und dem hydrothermalen System, was zu unterschiedlichen Schichtungen in den Ablagerungen führte. Sollte es heute zu einem neuen Ausbruch im Gebiet der Solfatara kommen, müsste man ebenfalls mit einer solchen Interaktion rechnen und sich auf starke phreatomagmatische Explosionen einstellen.

Den phreatomagmatischen Eruptionen folgten oberflächennahe phreatischen Explosionen, die lithische Brekzienablagerungen erzeugten.

Infobox

Solfatara auf einen Blick

Entstehung während der 3. Eruptionsphase der Phlegräischen Felder

  • Große plinianische Eruption von Agnano-Monte Spina vor 4550 Jahren. Das Gebiet sackte ein.
  • Strombolianische Tätigkeit im Gebiet der heutigen Solfatara vor 4400 Jahren. Ein Schlackenkegel entstand.
  • Entstehung des Lavadoms vom Monte Olibano.
  • Die Geburt des Solfatara-Kraters erfolgte vor 4280 Jahren durch phreatomagmatische Eruptionen. Zeitgleich gab es eine plinianische Eruption aus dem Averno-Krater.
  • Phreatische Eruption im Jahr 1198.

 

Die bislang letzte Eruption der Solfatara ereignete sich im Jahr 1198. Über diesen Ausbruch ist recht wenig bekannt und es wird spekuliert, dass es sich um eine phreatische Eruption handelte, bei der es zu einer Dampfexplosion kam, ohne dass frische Lava eruptiert wäre. 1904 und 1921 bildeten sich 2 neue Fumarolen. Es kam ebenfalls zu starken Dampfentwicklungen und Explosionen, sodass man die Frage stellen kann, ob die Ereignisse nicht auch als phreatische Eruptionen durchgehen könnten.

Wie so oft an Vulkanen stehen in der Solfatara auch Schöpfung und Zerstörung eng beieinander: Der Krater diente seit der Epoche der Renaissance als Rohstofflieferant. Es wurden verschiedene Mineralien gewonnen, darunter Alaun und Schwefel. Den heißen Schlammquellen und Fumarolen wurden heilende Kräfte zugesprochen und es gab einen regen Gesundheitstourismus, der vor allem im 18. und 19. Jahrhundert florierte. Anfang des 20. Jahrhunderts begann man mit Führungen durch die Solfatara, die erst 2017 eingestellt wurden, als es zu einem tragischen Unfall kam, bei dem 3 Mitglieder einer Familie ums Leben kamen. Sie stürzten in einem abgesperrten Bereich des Kraters in ein Sinkloch, das sich vermutlich infolge starker Regenfälle am Vortag bildete.

Jüngste Aktivität der Solfatara

Die Solfatara ist stark vom Bradyseismos betroffen und bei einigen der Hebungsepisoden lag hier das Zentrum der Bodenhebung. Die jüngeren dieser Phasen dauerten von 1970-1972 und 1982-1984. Zum Höhepunkt der Phasen hob sich der Boden um bis zu 3 mm am Tag. Aktuell gibt es ebenfalls wieder eine Hebungsphase. Sie setzte im Jahr 2005 ein, beschleunigte sich im Jahr 2011 und hält aktuell noch an. Bis Ende September 2023 hob sich der Boden um 109 cm. Die Bodenhebungsphasen werden von zahlreichen Erdbeben begleitet und man spekuliert stets über einen neuen Vulkanausbruch. Aber kann es den in der Solfatara eigentlich geben? Nach allgemeiner Lehrmeinung sind Maare monogenetisch und entstehen in einer einzigen Eruptionsphase. Betrachtet man aber den geschichtlichen Verlauf der Solfatara, dann gab es in dem Areal über mehrere Jahrhunderte hinweg Eruptionen und ich wüsste keinen Grund, warum hier nicht neues Magma aufsteigen könnte, denn schließlich befindet sich die Solfatara innerhalb einer Caldera. (Quelle: Solfatara beim INGV-Neapel)

Klimatische Auswirkungen der Hunga-Tonga-Ha’apai Eruption

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Weitere Studien legen einen klimatischen Effekt der Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Eruption nahe

Dass dieser Sommer auf der Nordhalbkugel der wärmste seit Beginn der meteorologischen Aufzeichnungen ist, ist keine Neuigkeit mehr. Auch die vielen Schlagzeilen generierenden klimabedingten Naturkatastrophen nehmen wir inzwischen fast als alltäglich wahr. Die Ursachen für die Klimaerwärmung scheinen schnell gefunden zu sein: Zu den üblichen Verdächtigen gehören der anthropogen verursachte Klimawandel und das Klimaphänomen El Niño, das in immer kürzeren Intervallen auftritt. Doch schon öfter habe ich in meinen Berichten darüber spekuliert, dass es einen weiteren Schuldigen geben könnte, der bei Wissenschaftlern bereits im letzten Jahr in Verdacht geriet: Gemeint ist der submarine Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai, der im Winter 2021 zu eruptieren begann und im Januar 2022 eine der gewaltigsten Eruptionen der letzten Jahrhunderte auslöste. Der Ausbruch förderte nicht nur Vulkanasche bis auf 57 km Höhe, sondern auch erhebliche Mengen an Schwefeldioxid und Wasserdampf. Während Schwefeldioxid-Aerosole normalerweise für eine Abkühlung der Atmosphäre verantwortlich gemacht werden, stellt Wasserdampf ein potentes Treibhausgas dar, und davon schleuderte der Hunga Tonga-Hunga Ha’apai bisher nie nachgewiesene Mengen in die Luft. Forschungen bestätigen, dass es 150 Millionen Tonnen Wasserdampf waren, die vom submarinen Vulkan in die Atmosphäre eingebracht wurden. Das entspricht etwa einem Zehntel der üblicherweise in der Atmosphäre vorhandenen Wassermenge.

Während es im vergangenen Jahr noch überwiegend Spekulationen über die Auswirkungen dieser zusätzlichen Wasserdampfmenge in der Luft gab, gehen mittlerweile anerkannte Klimaforscher davon aus, dass der Vulkanausbruch im fernen Tonga den anthropogen verursachten Klimawandel weiter angeheizt hat, auch wenn das genaue Ausmaß des zusätzlichen Aufheizungseffekts noch nicht ermittelt werden kann. Ein Problem, dem sich Forscher gegenübersehen, liegt darin begründet, dass neben dem Wasserdampf auch 500.000 Tonnen Schwefeldioxid in die Luft freigesetzt wurden. Schwefeldioxid bildet Aerosole, die in der Stratosphäre das Sonnenlicht blocken und Wärmestrahlung zurück ins Weltall schicken. Daher haben sie eine abkühlende Wirkung auf die Erdatmosphäre. Wie sich die beiden entgegengesetzt wirkenden Gase in der Stratosphäre verhalten und welcher Effekt überwiegt – der abkühlende Effekt der Schwefel-Aerosole oder der Aufheizungseffekt des Wasserdampfs – wird unter Forschern noch kontrovers diskutiert. Einige Modellrechnungen zeigten, dass sich die Lufthülle der Erde um einige Zehntel Grad abkühlen könnte, während andere Modelle errechneten, dass es zu einer Erwärmung kommen könnte, die sogar die magische 1,5 Grad Marke des Pariser Abkommens sprengen könnte. Ausgehend von den bereits erreichten 1,3 Grad Erwärmung.

Gewiss ist, dass große Vulkanausbrüche normalerweise deutlich mehr Schwefeldioxid als Wasserdampf emittieren, was sich heute noch in den Klimaarchiven arktischer Eisbohrkernen nachweisen lässt. So konnte nachgewiesen werden, dass es in den letzten 2.500 Jahren 8 Vulkanausbrüche gab, die das Klima abkühlten. Einige dieser Abkühlungsphasen waren so stark, dass sie zu kleinen Kaltzeiten führten, wie es etwa im Mittelalter geschehen ist. Bislang konnte nicht nachgewiesen werden, dass es früher bereits Eruptionen vergleichbar mit der in Tonga gab, die das Klima erwärmten. Dies ist auf die Schwierigkeit zurückzuführen, zusätzliches Wasser in der Atmosphäre in den Klimaarchiven der Eisbohrkernen nachzuweisen. Es ist also denkbar, dass auch ungewöhnlich warme Klimaperioden der letzten Jahrtausende auf Vulkanausbrüche zurückzuführen sein könnten. Hier hat die Forschung noch einiges zu tun. Davon überzeugt sind mehrere Wissenschaftler, die vom IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) fordern, mehr für die Erforschung der klimatischen Auswirkungen von Vulkanen zu tun.

In einem Artikel der Jakarta Post wird Peter Thorne, Professor für Klimawissenschaften an der Maynooth University in Irland zitiert. Er sagte, dass die Eruption des Tonga-Vulkans ein bedeutender Joker für die Forschung sei, den man so noch nie zuvor gesehen habe. Mit Luis Millan, Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA am California Institute of Technology, wird ein weiterer namhafter Wissenschaftler erwähnt. Er meinte, „dies ist der erste Vulkan in den Beobachtungsaufzeichnungen, der die Oberfläche eher erwärmen als abkühlen könnte. Vorläufige Studien deuten darauf hin, dass die Wasserfahne in der Stratosphäre bis zu etwa acht Jahre überdauern könnte.“

Ob die vielen Starkregenereignisse, die in diesem Jahr zahlreiche Überschwemmungen verursachten, direkt durch die zusätzlichen Wassermassen, die der Vulkanausbruch in die Atmosphäre einbrachte, verursacht werden, oder ob sie der überdurchschnittlich starken Erwärmung der Ozeane und damit einhergehender erhöhter Verdunstung geschuldet sind, geht aus den Statements der Wissenschaftler nicht hervor. Da sich der Großteil des Wasserdampfes in der Stratosphäre befindet, könnte es für ein Abregnen noch zu früh sein.

Lithium-Lagerstätten vulkanischen Ursprungs entdeckt

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Gigantische Lithium-Lagerstätte in vulkanischer McDermitt-Caldera exploriert

Spätestens seit der Energiekrise und dem staatlich verordneten Boom von Elektroautos, sowie der Errichtung von Solaranlagen mit Speichermöglichkeit, ist Lithium ein begehrter und knapper Rohstoff. Lithium ist das Herzstück moderner Akkus, die als Solarenergiespeicher und in Elektroautos Verwendung finden. Lithiumhaltige Akkus haben den Vorteil gegenüber anderen Batteriearten, dass sie eine hohe Energiedichte haben, eine geringe Selbstentladung und keinen Memory-Effekt aufweisen. Dafür besteht die Gefahr von Überhitzung, besonders wenn die Akkus zu tief entladen werden. Zwar wird auch an anderen Batteriearten ohne Lithium geforscht, aber diese haben bislang nicht die Serienreife erreicht. Daher ist Lithium „State of the Art“ in modernen Akkus und wird weltweit nachgefragt. Schon in wenigen Jahren könnte die Nachfrage nach Lithium höher sein, als durch den Abbau in Lagerstätten gewonnen werden kann. Daher wird mit Hochdruck daran geforscht, wie man das hochreaktive und ätzend wirkende Lithium gefahrlos recyceln kann und wo weitere Lagerstätten gefunden werden können.

Bis vor kurzem waren nur zwei Arten von Lithiumlagerstätten bekannt, und es wurde überwiegend aus Sole von Salzseen gefördert. Bei der zweiten Lagerstättenart handelt es sich um Ablagerungen von lithiumhaltigen Mineralien wie Spodumen und Smektit. Spodumen ist ein Kettensilikat aus der Gruppe der Pyroxene und kommt in magmatischen Gesteinen vor. Smektite sind quellfähige Tonmineralien (Phyllosilikate), die beispielsweise durch hydrothermale Umwandlung aus Basaltobsidian entstehen. Nun haben amerikanische Forscher eine Lithiumlagerstätte aus einem weiteren Phyllosilikat entdeckt, nämlich Illit, das aus Smektit entstehen kann.

McDermitt-Caldera im Zusammenhang mit der Yellowstone-Hotspot-Strecke und der Columbia River Basalt Province. Nach Brueseke und Hart, 2008. © Christopher D. Henry

Die besagte Lagerstätte befindet sich in der großen McDermitt-Caldera im Grenzgebiet zwischen den US-Bundesstaaten Nevada und Oregon. Sie entstand vor etwa 16 Millionen Jahren, als es im Nordwesten der USA zu einer Jahrtausende dauernden Phase gewaltiger Eruptionen kam, bei denen auch die Columbia-Flutbasalte entstanden. Der Vulkan unter der McDermitt-Caldera eruptierte jedoch lithiumreiche Rhyolith-Lava und ist kein Unbekannter im Vulkangeschäft, da er über dem Mantelplume entstand, der Jahrmillionen später den Yellowstone-Vulkan speisen sollte. Als sich der Magmenkörper des Vulkans weitestgehend entleert hatte, sackte die Erde ein, und es entstand die 75 x 45 km durchmessende Caldera. Weitere Eruptionen füllten die Depression teilweise mit einer mächtigen Rhyolith-Schicht. Hinzu kam Wasser, das einen großen Calderasee bildete. Wie es für große Calderen im postvulkanischen Stadium typisch ist, entstand ein großes Hydrothermalsystem, und die heißen Lösungen begannen den Rhyolith in Smektite umzuwandeln. Am Grund des Sees wurden die Smektite weiter in Illite umgewandelt. Bei den Umwandlungsprozessen wurden die Tonmineralien mit Lithium angereichert, das die hydrothermalen Fluide zuvor aus dem Rhyolith gelöst hatten. So entstand diese bis jetzt einzigartige Lagerstätte mit einem Lithiumanteil von bis zu 2,4 Prozent, was eine ungewöhnlich hohe Konzentration ist. Die Illit-Schichten sind bis zu 40 m mächtig.

Die Entstehungsgeschichte der Lagerstätte wurde von einem Forscherteam unter der Leitung des Geologen Thomas Benson von der Columbia University in New York entschlüsselt und kürzlich in einer Studie veröffentlicht. Es handelt sich um eine der größten Lithium-Lagerstätten der Welt, und natürlich untersucht man nun andere alte Calderen, ob sich dort möglicherweise vergleichbare Lagerstätten gebildet haben könnten.

Die McDermitt-Caldera liegt auf einem Hochplateau in der Basin-and-Range-Provinz. Die Landschaft wirkt auf den ersten Blick karg, doch wie so häufig in abgelegenen Gegenden gibt es auch hier eine schützenswerte Flora und Fauna. Außerdem befindet sich hier eine Gemeinschaft von Native Americans (Indianern), denen im Falle einer Ausbeutung des Lithiums erneut die Vertreibung droht. Eins ist gewiss: Ein Abbau des Lithiums würde im Tagebau erfolgen und das Gesicht der Caldera für immer verändern.

Studie schreibt Rolle des magmatischen Kohlendioxids neu

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Studie will Kohlendioxid als treibende Kraft des Aufstiegs basaltischer Magmen identifiziert haben

Eine kürzlich veröffentlichte Studie könnte möglicherweise einen Paradigmenwechsel in der Vulkanologie einleiten: Bisher gingen Vulkanforscher davon aus, dass Wasserdampf eine wesentliche Rolle beim Aufstieg von Magma spiele und Kohlendioxid lediglich ein Begleitgas sei. Doch nun hat ein Team von Forschern der amerikanischen Cornell-Universität herausgefunden, dass Kohlendioxid eine bedeutendere Rolle spielt als bisher angenommen. Wasser und Kohlendioxid existieren im Erdmantel in Form von Flüssigphasen und können je nach Druck- und Temperaturbedingungen verschiedene Aggregatzustände annehmen. Sie beeinflussen die Dichte und Fließeigenschaften der Schmelze und wirken sich auf den Druck innerhalb eines Magmakörpers aus, was letztlich den Aufstieg und das eruptive Verhalten des Magmas beeinflusst.

Bisher wurde Kohlendioxid zwar als eine Komponente betrachtet, die dazu beiträgt festzustellen, ob eine Schmelze in die Erdkruste eindringt und aufsteigt. Oft bleibt ein Magmakörper in der Erdkruste stecken und differenziert, bevor es zum endgültigen Aufstieg des Magmas und zum Vulkanausbruch kommt. Im Magmakörper finden chemische und physikalische Prozesse statt, bei denen Kristalle und Flüssigphasen entstehen. Irgendwann steigt der Gasdruck im Magmakörper so stark an, dass die Schmelze aufsteigt und ausbricht. Allerdings bildet sich nicht bei jedem Vulkanausbruch Monate oder Jahre vorher ein Magmakörper in der Erdkruste. Besonders bei Vulkanen, die basaltisches Magma ausstoßen und nicht an Kontinentalrändern liegen, wurde in den letzten Jahren beobachtet, dass die Schmelze direkt aus dem Erdmantel aufzusteigen scheint. Bei einigen dieser Eruptionen trat zuerst eine magmatische Ganggesteinsintrusion auf, die in den ersten Tagen des Ausbruchs leer lief. Das anschließend aufsteigende Magma stammte aus Tiefen von mehr als 20 km und schien direkt ohne Unterbrechung in der Erdkruste aufzusteigen. Dies wurde bei der ersten Eruption am isländischen Fagradalsfjall, auf La Palma und Hawaii sowie am Pico do Fogo auf den Kapverdischen Inseln beobachtet.

Die Forscher um den Studienleiter Esteban Gazel untersuchten Proben dieses Vulkanausbruchs, bei dem im Jahr 2014 eine ganze Ortschaft dem Erdboden gleichgemacht wurde. Sie verwendeten eine neu entwickelte Methode zur Quantifizierung winziger Flüssigkeitseinschlüsse in Kristallen. Diese Methode basiert auf einer Weiterentwicklung der Raman-Spektroskopie und nutzt eine Laser-Mikrosonde. Gazel vergleicht die untersuchten Fluideinschlüsse mit Zeitkapseln, die Aufschluss über die Entstehungsgeschichte des zugrunde liegenden Magmas geben können. Es stellte sich heraus, dass die Fluideinschlüsse deutlich mehr Kohlendioxid als Wasser enthielten. Daraus schließen die Forscher, dass eben dieses Kohlendioxid eine entscheidende Rolle in den eruptiven Prozessen gespielt hat.

In Zukunft könnte Kohlendioxid also eine größere Rolle bei der Vorhersage von Vulkanausbrüchen spielen. Dies gilt insbesondere für basaltische Intraplattenvulkane, die oft über sogenannten Hotspots liegen. Übrigens zählen auch die Vulkane der Eifel zu diesen Vulkanen. Besonders am Laacher-See-Vulkan tritt vulkanisches Kohlendioxid aus. Die neue Studie könnte somit eine Grundlage dafür liefern, den Vulkanismus in der Eifel neu zu bewerten.

Neue Unterwasservulkane südlich von Sizilien entdeckt

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Forscher am Bord der Meteor entdeckten drei submarine Vulkane nahe dem Sciacca-Rift südwestlich Siziliens

Ein internationales Forscherteam an Bord des deutschen Forschungsschiffes Meteor gab gestern die Entdeckung von drei bisher unbekannten Unterwasservulkanen südlich von Sizilien bekannt. Diese Vulkanentdeckungen liegen in der Meerenge zwischen Sizilien und Tunesien, die auch als die Straße von Sizilien bekannt ist.

Viele Details zu den submarinen Vulkanen sind bisher nicht bekannt. Italienische Medienberichte besagen, dass diese Unterwasservulkane sich mindestens 150 Meter über dem Meeresboden erheben und an ihrer Basis einen Durchmesser von 6 km aufweisen. Sie befinden sich in einer Linie mit anderen submarinen Vulkanen, die während einer ähnlichen Forschungsmission im Jahr 2019 entdeckt wurden. Diese neu entdeckten Vulkane befinden sich in der Nähe der Küstengegend zwischen Mazara und Sciacca.

Neben den Vulkanen wurden auch hydrothermale Manifestationen und ein Schiffswrack entdeckt.

Die Forschungsarbeiten an Bord der Meteor wurden von der Universität Malta und dem Nationalen Institut für Ozeanographie und experimentelle Geophysik (OGS) von Triest geleitet und fanden unter Mitwirkung von Wissenschaftlern von GEOMAR, der Universitäten Kiel und Oxford statt. Der Meeresboden wurde mit Hilfe moderner Sonarverfahren neu kartiert. Zudem wurden Gesteinsproben im Bereich der submarinen Vulkane gesammelt. Die Forschenden hoffen, das Alter der Feuerberge bestimmen zu können, und haben vor, die Eruptionsgeschichte dieser Vulkane zu entschlüsseln. Giulia Matilde Ferrante, Geophysikerin bei OGS, äußerte sich in einem Interview enthusiastisch: „Diese Informationen werden von grundlegender Bedeutung für die Rekonstruktion der geologischen Geschichte einer der komplexesten Regionen des zentralen Mittelmeers sein.“ Ihr Kollege Jonathan Ford fügte hinzu: „Das verdeutlicht, wie wenig bisher über den Meeresboden selbst in Küstennähe bekannt ist.“

Dass die Meeresforscherin an dieser bedeutenden Entdeckung beteiligt ist, kommt nicht von ungefähr. Seit Jahren erforscht sie den submarinen Teil des Sciacca Geothermal Felds, das im Südwesten Siziliens liegt und als die 4. Vulkanprovinz Italiens gilt. Hier wird diskutiert, welchen Einfluss das riftartige Sciacca-Störungssystem auf die vulkanischen Manifestationen der Region hat.

Submariner Vulkanismus ist hier keine Seltenheit. Bereits 1891 tauchte vor der Küste Siziliens die Vulkaninsel Pantelleria auf. Die Entstehung dieser Insel war vergleichbar mit der Entstehung des Inselvulkans Anak Krakatau. Der Unterschied besteht darin, dass sich vor der sizilianischen Südküste bislang keine stabile Vulkaninsel gebildet hat. Aber was nicht ist, kann ja noch werden. Unser dynamischer Planet birgt noch zahlreiche unentdeckte Wunder.

Neue Studie attestiert hohe Erdbebengefahr für Istanbul

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Grafische Darstellung des Marmara-Meers mit der Hauptverwerfung südlich und südwestlich der Metropole Istanbul. Grafik: Becker, Bohnhoff; bearbeitet: H. Hecht, GFZ
Grafische Darstellung des Marmara-Meers mit der Hauptverwerfung südlich und südwestlich der Metropole Istanbul. Grafik: Becker, Bohnhoff; bearbeitet: H. Hecht, GFZ

Es ist jetzt ein halbes Jahr her, dass verheerende Erdbeben an der Ostanatolischen Verwerfung erhebliche Schäden in der Region um die Stadt Gaziantep anrichteten. Die Naturkatastrophe beschränkte sich jedoch nicht auf den Südosten der Türkei, sondern griff bis auf das Nachbarland Syrien über. Mehr als 59.000 Menschen verloren ihr Leben. Obwohl dieses Ereignis bereits als unvorstellbar groß angesehen werden kann, besteht die Möglichkeit, dass es in nicht allzu ferner Zukunft von einem noch verheerenderen Ereignis übertroffen wird: einem Starkbeben entlang der Marmara-Hauptverwerfung (Main Marmara Fault, MMF) bei Istanbul. Selbst wenn das potenzielle Erdbeben dort nicht stärker sein sollte als das Hauptbeben der Magnitude 7,8 bei Gaziantep, wären davon doch weitaus mehr Menschen betroffen, da in der Metropole am Bosporus über 16 Millionen Menschen leben. Das Krisenmanagement in Gaziantep, wo vor dem Erdbeben 2,1 Millionen Menschen lebten, wurde vielfach kritisiert, und man darf gespannt sein, wie man eine Katastrophe im Großraum Istanbul händeln wird, wo acht Mal mehr Menschen leben, die im Katastrophenfall evakuiert und versorgt werden müssen.

Ein systematisches Bild der Marmara-Hauptverwerfung bestätigt Plattenverhakungen südlich von Istanbul

Aufgrund des großen Gefahrenpotenzials eines Erdbebens in Istanbul gibt es zahlreiche Studien zur Tektonik der Region, die in der Hoffnung erstellt werden, ein Starkbeben irgendwann einmal vorhersagen zu können. Die neueste Studie von einem GFZ-Potsdam-Team um die Forscher Dirk Becker und Marco Bohnhoff beschäftigte sich mit dem Verhalten der Erdplatten, die entlang der Marmara-Hauptverwerfung aufeinandertreffen, und erstellte ein systematisches Bild über den Bereich, entlang dessen es Verhakungen gibt, die sich in einem Starkbeben lösen könnten.

Die Marmara-Hauptverwerfung verläuft unter dem Marmarameer und verbindet die nördliche Anatolische Verwerfung (NAF) mit dem Arm der östlichen Nordanatolischen Verwerfung (ENA). Sie ist Teil des Nordanatolischen Störungssystems, das eine wichtige tektonische Grenze zwischen der Eurasischen und der Anatolischen Platte bildet. Statistisch gesehen treten entlang der Marmara-Hauptverwerfung alle 250 Jahre Starkbeben mit Magnituden ab 7 auf. Das letzte dieser Erdbeben manifestierte sich 1766 und hatte eine Magnitude von 7,4. Da sich an den anderen genannten Störungszonen in den letzten Jahrzehnten bereits starke Erdbeben ereigneten, gibt es eine seismische Lücke entlang der Marmara-Hauptverwerfung vor Istanbul, und ein Starkbeben innerhalb der nächsten 30 Jahre gilt als wahrscheinlich.

Die aktuelle Studie arbeitete mit einem neuen hochauflösenden Seismizitätskatalog und setzte neueste Datenprozessierungstechniken ein. Die Forscher analysierten 13.812 Erdbeben entlang der MMF, die sich zwischen den Jahren 2006 bis 2020 ereigneten. Sie alle wurden mithilfe neuer Algorithmen, dem sogenannten „template matching“, neu verortet und anhand verschiedener Kriterien in ihrer Charakteristik untersucht. Die Forscher konnten normale Beben von sogenannten Repeater-Beben unterscheiden, denen eine besondere Bedeutung zukommt. Sie entstehen in Bereichen der Störungszone, in denen nur geringe Spannungen entstehen, weil sich die Gesteine entlang der Störung plastisch verhalten. Wahrscheinlich kriechen die Platten auf eine Art Schmiermittel aus pulverisiertem Gestein. Dort, wo es kleine Verhakungen gibt, werden sie durch Repeater-Beben gelöst. Wie der Name schon sagt, treten diese Beben immer an den gleichen Stellen auf. An einigen Stellen gibt es jedoch kein Schmiermittel, und daher verhaken sich die Platten dort, und es bauen sich größere Spannungen auf, die umso stärker werden, je länger die Platten verhakt bleiben. Wenn die verhakten Stellen brechen, entstehen starke Erdbeben. Die Forscher fanden heraus, dass es unterhalb des westlichen Teils des Marmarameeres große Zonen gibt, in denen die Spannungen zum großen Teil durch das Kriechverhalten des Gesteins abgebaut werden, während dieser Anteil ostwärts immer kleiner wird, bis die Verwerfung südlich von Istanbul schließlich komplett verhakt ist. Dort ist das Potenzial für ein Starkbeben am größten. (Quelle: Pressemeldung GFZ-Potsdam)