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.

Klimatische Auswirkungen der Hunga-Tonga-Ha’apai Eruption

von

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

von

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

von

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

von

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

von
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)

Laacher-See-Vulkan: Neue Studie löst Kontroverse aus

von

Fand die Eruption am Laacher-See -Vulkan früher statt, als bislang angenommen?

Erst letzte Woche war ich mit meinem Sohn am Laacher See schwimmen und besichtigte auch die Gasaustritte am Ostufer des Sees, der in einer Depression liegt, die beim letzten Vulkanausbruch vor mehr als 12.000 Jahren entstand. Schon die Art der Depression löste in der Vergangenheit kontroverse Diskussionen unter Wissenschaftlern aus. Früher nahm man an, dass es sich um einen klassischen Maarsee handelt, für den die Vulkaneifel bekannt ist. Doch jüngere Forschungen ergaben, dass die Hohlform mit dem Kraterwall auch Charakterzüge einer Caldera aufweist. Nun gibt es einen weiteren Streit unter Wissenschaftlern, der den genauen Zeitpunkt der letzten Eruption betrifft.

Die Kontroverse begann im Jahr 2021. Damals wurde der Ausbruch vom Mainzer Geoforscher Frederick Reinig neu datiert. Die Datierung erfolgte anhand einer Radiokarbondatierung von Baumringen. Die Bäume wurden bei der Eruption verschüttet und kürzlich aus den Ablagerungen gegraben. Statt vor 12.880 Jahren sollte der Laacher-Vulkan bereits 130 Jahre früher ausgebrochen sein, also vor 13.010 Jahren. Was für uns normale Menschen eigentlich von geringer Bedeutung ist – um nicht zu sagen völlig unbedeutend – kann für die Wissenschaftler relevant sein: Die Asche vom Ausbruch verteilte sich über weite Teile Europas und dient als wichtiger Marker für die Datierung anderer Gesteinsschichten. Das kann nicht nur für den Geologen von Bedeutung sein, sondern auch für Klimatologen und Archäologen, die anhand von besonderen Bodenschichten ihre Klimaarchive lesen oder Funde datieren können und ganze geschichtliche Epochen festlegen. Kurzum könnte eine zeitliche Verschiebung der Laacher-Eruption (den See gab es damals ja noch nicht) weitreichende Folgen für die Geschichtsschreibung nach sich ziehen.

Ein anderes Forscherteam um James Baldini von der Durham University in Großbritannien stellt jetzt die neuen Datierungen des Vulkanausbruchs wiederum infrage. Sie wollen festgestellt haben, dass vulkanische Gase, die bereits vor dem Ausbruch ausgetreten sind, sich in den Ringen der Bäume einlagerten, was die Baumringdatierung verfälscht haben soll. Der aus der Tiefe der Erde stammende Kohlenstoff enthält kein radioaktives Kohlenstoff-Isotop, das für die Radiokarbondatierung verwendet wird. Dadurch erscheinen die Bäume älter, als sie tatsächlich sind. Die Wissenschaftler vermuten, dass die ursprüngliche Datierung vor 12.880 Jahren korrekt ist.

Als weiteres Argument gegen die Neudatierung wird ein Anstieg der Schwefelwerte in grönländischen Eisschichten und Seesedimenten angeführt. Dieser Sulfat-Peak ist in Schichten aus der Zeit vor 12.870 Jahren nachweisbar, kurz nach dem etablierten Datum für den Laacher-See-Ausbruch.

Die Forscher sind uneins über die Gültigkeit der Neudatierung. Das Team von Reinig bestreitet, dass die Bäume durch vulkanisches CO2 kontaminiert wurden. Weitere unabhängige Überprüfungen der Datierung werden vorgeschlagen, um Klarheit zu schaffen. Bis dies geschehen ist, sollten beide möglichen Daten für den Laacher-See-Ausbruch in Betracht gezogen werden. (Quellen: Pressemeldung Durham University,  Nature  https://www.nature.com/articles/s41586-023-05965-1)

Hunga-Tonga mit Blitzrekord – Studie vom 21.06.23

von

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai stellte bei Eruption einen Blitzrekord auf

Der submarine Vulkan in Tonga war bereits öfters Gegenstand meiner Berichte auf Vnet. Der Vulkan eruptierte zwischen November 2021 und Februar 2022 und stellte dabei einige Rekorde auf. So kann man getrost von einer Eruption der Superlative sprechen, die ihren Höhepunkt in einer beispiellosen Explosionsserie am 15. Januar 2022 erreichte. Die Explosionen waren so stark, dass nicht nur ein Teil des Vulkans weggeblasen wurde und kollabierte, sondern dass Vulkanasche bis auf einer Höhe von 58 km aufstieg. Dabei wurden 5 Milliarden Kilogramm Tephra in den Himmel geschleudert; pro Sekunde wohlbemerkt. Die Druckwellen der Explosionen umrundeten mehrfach die Erde. Es wurden Tsunamis generiert, die die benachbarten Inseln dem Erdboden gleichmachten und es stiegen gewaltige Mengen Wasserdampf und Aerosol auf. Die Dampfmenge entsprach ein Zehntel der Wasserdampfmenge, die bereits in der Atmosphäre vorhanden war. Forscher gehen davon aus, dass der Wasserdampf -der ein potentes Treibhausgas darstellt- das Weltklima beeinflusst. Kurzum, die Hunga Tonga-Hunga Ha’apai Eruption war die stärkste seit mindesten 150 Jahren und übertraf den Ausbruch des Mount-St-Helens um eine Größenordnung auf dem VEI-Index. Es war auch der stärkste Vulkanausbruch, der jemals mit modernen Instrumenten erfasst wurde. Die Datenmenge ist entsprechend groß und wird erst nach und nach ausgewertet.

Daher wurde erst jetzt ein weiteres Superlativ der Eruption bekannt: In der 58 km hoch aufgestiegenen Eruptionswolke des stärksten Ausbruches zuckten mehr als 192.000 vulkanische Blitze innerhalb von 11 Stunden. Pro Minute wurden 2600 Blitze registriert. Darüber hinaus ereignete sich das Gewitter in einer noch nie dagewesenen Höhe von 20 bis 30 km und war höher als je zuvor ein Blitz gesehen wurde, sieht man mal von den Red Sprites ab.

Die Daten wurden von der US-amerikanischen Vulkanologin Alexa Van Eaton vom USGS in einer Studie ausgewertet. Die Blitzdaten wurden mit Hilfe von zwei Satelliten gesammelt, die mit entsprechenden Blitzdetektoren ausgestattet sind. Außerdem wurden landgestützte Funkantennen verwendet, um das vulkanische Gewitter zu verfolgen.

Dass sich so viele Blitze bildeten, war nicht nur der vulkanisch bedingten Ladungstrennung innerhalb der gigantischen Eruptionswolke zu verdanken. Die Forscherin geht davon aus, dass es vor allem die Blitzen in großer Höhe durch ionisierte Eiskristalle entstanden. Sie bildeten sich durch Kondensation der gewaltigen Wasserdampfmassen, die der Vulkanausbruch gen Himmel schickte.

Eine weitere Besonderheit des vulkanischen Gewitters war, dass es sich in 4 Phasen kreisförmig ausbreitete. Dabei scheinen die Blitze auf den Druckwellen der stärksten Explosionen geritten zu sein. (Quelle: https://doi.org/10.1029/2022GL102341)

Vulkan Ol Doinyo Lengai – Studie zum Magmensystem

von

Neue Studie zum Ol Doinyo Lengai kommt dem Fördersystem auf die Spur

Der Vulkan Ol Doinyo Lengai ist einer der faszinierendsten Vulkane der Welt, fördert er doch eine außergewöhnliche Natriumkarbonatische Schmelze die rezente (aktuell) nur von diesem Vulkan gefördert wird. Außerdem erhebt er sich vom Grund des Ostafrikanischen Rift Valleys aus, einer Region die man ohne zu übertreiben als eine der spektakulärsten Naturlandschaften des afrikanischen Kontinents beschreiben kann. Last, but not least, ist der Ol Doinyo Lengai der heilige Berg der Masai und nur mit einigem Aufwand zu besteigen. Daher ist der Vulkan bis vor wenigen Jahrzehnten nur ansatzweise erforscht gewesen. Das ändert sich in den letzten Jahren zunehmen, da vor allem britische und amerikanische Forscher dort einige Instrumentennetzwerke installierten. Die Studie von Forschern vom Virginia Tech in den USA über die ich berichten möchte, greift auf Daten von 6 bodengestützten GNSS Stationen zurück, mit deren Hilfe Bodendeformationen gemessen wurden. Sie waren zwischen 2016 und 2021 in Betrieb und um den Vulkan herum verteilt. Diese Daten wurden mit InSAR-Messungen (Interferometric Synthetic Aperture Radar) aus dem gleichen Zeitraum verglichen und durch die Umkehrung jedes Datensatzes abgeglichen. Mittels InSAR-Messungen, die von Satelliten aus gemacht werden, lassen sich ebenfalls geringste Bodendeformationen registrieren. Die so erhaltenen Deformationsmuster waren allerdings nicht einfach zu interpretieren gewesen. Die Autoren der Studie meinten, dass läge and er komplexen Tektonik der Region. Das Riftvalley ist ein über 6000 km langer Grabenbruch, an dem sich die Erdkruste öffnet und durch Dehnung ausgedehnt wird. Der Lengai liegt am Boden des südlichen Zweig des Ostafrikanischen Grabens und ist von weiteren Vulkanen umgeben, die aber als inaktiv oder ruhend eingestuft werden. Die Messungen zeigten, dass es eine Zone mit Subsidenz infolge von Deflation gibt, die oberflächennahe östlich des Vulkans Ol Doinyo Lengai liegt. Das Gebiet mit der Bodenabsenkung befindet sich zugleich südwestlich des ruhenden Vulkans Gelai. Die Forscher gehen davon aus, dass die Bodensenkung durch Deflation (Abfluss) von Magma verursacht wird und somit die Lage eines Magmenkörpers widerspiegelt. Die Tiefe des Magmenkörpers wurde relativ zum Krater des Vulkans Ol Doinyo Lengai ermittelt und in ungefähr 3,5 km Tiefe ausgemacht. Die Forscher fassen ihre Ergebnisse so zusammen, dass der Ol Doinyo Lengai von einem versetzten Multi-Reservoir-System gespeist werden könnte, das ein flaches Magma-Reservoir (<5 km) östlich von Ol Doinyo Lengai umfasst, das möglicherweise mit einem tieferen Magma-Reservoir verbunden ist.

Abb. 13. Eine konzeptionelle Modellgeometrie des Magmakanalsystems des Ol Doinyo Lengai, basierend auf dieser Arbeit (Ntambila Daud, D. Sarah Stamps und weitere) und früheren Studien (Petibon et al., 1998; Calais et al., 2008; Biggs et al., 2009, Biggs et al., 2013; Roecker et al., 2017; Reiss et al., 2021, Reiss et al., 2022).

Vielleicht liefert dieses multiple Reservoir-System einen neuen Erklärungsansatz für die Einzigartigkeit der Lava, die am Ol Doinyo Lengai austritt. Die Schmelze könnte durch einen langem Reifungsprozess in verschiedenen Magmenkörpern entstehen und sich als Residual-Schmelze in dem Magmenkörper sammeln, der seitlich versetzt zum Vulkan liegt.

Interessant ist auch der Umstand, dass es am Fuß des Ol Doinyo Lengais mehrere Seitenkrater gibt, die zum Teil als Maare interpretiert werden. Eine Reihe von Kratern liegen auch in dem Bereich zwischen Lengai und Gelai, in dem die Studie den seitlich versetzten Magmenkörper vermutet. Vielleicht wurden die Eruptionen dieser Krater direkt von so einem flachliegenden Magmenkörper verursacht. Vor allem die Maare könnte aus phreatomagmatischen Eruptionen hervorgegangen sein, bei denen Schmelze aus diesem oder einem vergleichbaren Magmenköper mit Grundwasser reagierte und starke Explosionen auslöste.

(Quelle: https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2023.107821)

Campi-Flegrei-Neue Studie sieht Ausbruchsrisiko

von

Neue Studie attestiert dem süditalienischen Caldera-Vulkan Campi Flegrei ein erhöhtes Ausbruchsrisiko

Seit einigen Tagen geistert eine neue Studie italienischer Forscher durchs Netz, die den Calderavulkan Campi Flegrei unter die Lupe nahm. Mit Hilfe der natürlich auftretenden Erdbeben wurde das Verhalten der Gesteinsschichten untersucht, die bislang eine undurchdringliche Barriere für das Magma bildeten.

Der Vulkan bildet eine 15×12 Kilometer durchmessende Caldera, die einen großen Teil des Golfs von Pozzuoli einnimmt und sich auch an Land ausbreitet. Während der eigentliche Calderarand nur für Experten sichtbar ist, verdeutlichen mehrere Schlackenkegel und Kraterseen auch dem Laien, dass man sich in einem Vulkangebiet aufhält. Auf Deutsch wird das Areal Phlegräische Felder genannt, was verdeutlich, dass sich die Namensgeber zwar des vulkanischen Charakters des Gebiets bewusst waren, aber nicht unbedingt, dass man sich im Inneren einen großen Vulkans befindet. In direktem Umkreis des Vulkans leben mehr als 360.000 Menschen; viele von ihnen leben mitten im Vulkan. Vor gut 38.000 Jahre brach er in einer gigantischen Eruption aus, die heute sehr wahrscheinlich jeden der Anwohner töten würde und auch über die Todeszone hinaus das Leben in weiten Teilen Europas massiv beeinflussen würde. Seitdem gab es mehrere normalgroße Vulkanausbrüche. Der letzte ereignete sich 1538. Damals entstand der Schlackenkegel Monte Nuovo. Der bekanntere Solfatara-Krater eruptierte im Jahr 1158. Heute finden sich in seinem Gebiet die beeindruckendsten postvulkanischen Erscheinungen.

Die Campi-Flegrei ist überdies für ein Phänomen bekannt, das Bradyseismos genannt wird: es kommt zu mehrjährigen Phasen, während derer sich der Boden um mehrere hebt und anschließend wieder langsam absinkt. Die Bodendeformationen gehen einher mit einer starken Seismizität. Es kommt zu Tausenden schwachen Erdbeben, die meistens im Bereich der Mikroseismizität liegen, aber auch die Wahrnehmbarkeitsschwelle überschreiten können und Magnituden im 3er-Bereich haben. Die Bodenhebungen werden von magmatischen Fluiden (Gas und Wasser) verursacht, die sich im Untergrund ansammeln und teilweise an der Oberfläche austreten. Um sich in den oberflächennahen Gesteinsschichten ansammeln zu können oder an der Oberfläche zu entweichen, müssen die Fluide fast undurchdringliche Sedimentschichten durchqueren. Die stabilste dieser Schichten liegt in 2,5 km Tiefe. Die Schichten dichten die Caldera nach oben ab, so dass Magma nicht aufsteigen kann, sondern sich in ca. 8 km Tiefe unter den Sedimentschichten ansammelt. Dadurch steigt der Druck im Magmenkörper und die Gesteinsschichten geraten unter Spannungen. Auf diese Spannungen kann Gestein auf zwei Arten reagieren: durch Verformung und Bruch. Meistens verhält es sich so, dass auch das härteste Gestein eine gewisse Elastizität besitzt und sich unter Spannungen erst einmal verformt. Diese Verformung kann sich an der Erdoberfläche in einer Anhebung des Bodens manifestieren, besonders, wenn ein großes Areal betroffen ist, dass under Spannungen gerät. Gesteine, auch mehrere Kilometer mächtige Gesteinsschichten, sind bis zu einem gewissen Punkt verformbar, aber sobald ein Schwellenwert überschritten ist, kommt es zum Bruch des Gesteins. Als erstes brechen Zonen, die bereits geschwächt sind und wo die Spannung am stärksten einwirkt. Es bilden sich Risse, die nicht nur für Gas und Wasser durchlässig sind, sondern auch für Magma.

Die besagte Studie untersuchte nun die Spannungsverhältnisse der Campi Flegrei und kam zu dem Schluss, dass die Deckelschichten der Caldera bis zum Sommer 2020 auf steigende Spannungen verformbar -der Fachmann spricht von duktil- reagierten. Seitdem kommt es vermehrt zum Bruch der Gesteine, was sich in stärkeren Erdbeben in Tiefen unterhalb von 2 km äußert. Es bilden sich Frakturen, durch die Magma aufsteigen könnte. Allerdings sind die Risse noch zu fein, als dass kurzfristig mit einer Eruption zu rechnen ist. Die Forscher stellten drei Szenarien auf, was ihrer Meinung nach passieren könne:

a) Es entsteht ein neues Gleichgewicht der Spannungen im Untergrund infolge eines erhöhten Fluidstrom in der Kruste und der Boden senkt sich wieder ab.

b) Der Strom magmatischer Fluide fluktuiert in der Kruste und es bilden sich Risse, die durch Mineralisation aus den Fluiden wieder verschlossen werden. Es kommt zu einer Abfolge langsamer Hebungs- und Absenkungsphasen. Als Beispiel für dieses Szenario werden die Vorgänge der Yellowstone-Caldera herangezogen, doch Meiner Meinung nach treffen sie ja genau auch auf die Ereignisse der Campi-Flegrei zu, denn wir befinden uns in der 4. Hebungsphase seit Beginn des 20. Jahrhunderts. Zwischen den Hebungsphasen gab es bis jetzt 3 Phasen der Bodenabsenkung.

c) Die Hebung hält an und die Deckelschichten brechen vollständig- eine unmittelbare Folge wären phreatische Eruptionen, wenn die akkumulierten Fluide durchbrechen. Dieses Szenario könnte dann auch in einem magmatischen Vulkanausbruch gipfeln. Das Kluftsystem bei Sofatara-Pisciarelli ist ein bevorzugter Ort für einen Bruch, so die Forscher.

Im Endeffekt bestätigt diese Studie was man bereits ahnte: der Vulkan könnte langfristig betrachtet wieder ausbrechen. Wie groß eine Eruption werden wird ist noch nicht abzuschätzen. Genausogut kann es aber noch Jahrzehnte, oder Jahrhunderte mit dem Bradyseismos weitergehen, ohne dass es zu einem Vulkanausbruch kommt. Aufgrund der beobachteten Rissbildungen scheint das Ausbruchsrisiko höher zu sein, als es von vielen Fachleuten bislang angenommen wurde.

Zusammenfassung:

  • Zunahme von Erdbeben in Tiefen unterhalb von 2,5 km deuten auf Rissbildungen im Gesteinsdecke hin.
  • Die Risse könnten sich zu größeren Brüchen erweitern.
  • Durch die Brüche könnte Magma aufsteigen.
  • Es könnte zum Vulkanausbruch kommen.

(Quelle der Studie: nature.com)

Wissen macht rumms!

Was ist der Unterschied zwischen duktil und spröde?

Der Geologe unterscheidet zwischen sprödem und duktilem Verhalten von Gesteinen. Der Begriff „duktil“ bezieht sich auf die Fähigkeit eines Gesteins, sich unter Druck oder Zug zu verformen, ohne zu brechen. Es bezeichnet die plastische Verformbarkeit eines Gesteins oder Minerals. Wenn ein belastetes Gestein nicht weiter verformbar ist verhält es sich spröde und es kommt zum Bruch. Verschiedene Gesteinsarten unterscheiden sich in ihrer Verformbarkeit und brechen bei unterschiedlichen Druck- und Zugbedingungen.