Oberflächennaher Magmenkörper unter dem Yellowstone entdeckt – trägt zur Stabilisierung des Systems bei
Seit vielen Jahren bemühen sich Geowissenschaftler, die Geheimnisse des Yellowstone-Vulkans zu entschlüsseln, und tatsächlich machen sie in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte. Diese wurden in erster Linie durch das vergleichsweise neue Bildgebungsverfahren der seismischen Tomografie ermöglicht, bei dem Erdbebenwellen dazu genutzt werden, ein computergeneriertes Bild des Untergrunds zu modellieren. Mit dieser Methode wurde nun ein flach liegender Magmenkörper entdeckt, der das Vulkansystem stabilisieren könnte
Bei der seismischen Tomografie nutzt man die Eigenschaft aus, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit und Reflexion von Erdbebenwellen materialeralspezifisch sind. Passiert eine Erdbebenwelle unterschiedliche Gesteine oder sogar Fluide und Schmelzen, ändert sich ihre Geschwindigkeit. Anhand von Laufzeitunterschieden können Wissenschaftler und ihre Computer so z. B. erkennen, ob sich im Untergrund ein Magmenkörper befindet. Bislang werteten Forscher meistens eine Vielzahl natürlicher Erdbeben aus, deren Wellen durch ein besonders dichtes seismisches Netzwerk aufgefangen und analysiert wurden. Nun kam eine Forschergruppe der Rice-Universität auf die Idee, Erdbebenwellen selbst zu erzeugen, und bediente sich eines Verfahrens, das schon seit Jahrzehnten bei der Rohstoffexploration eingesetzt wird: Vibroseis. Mit Hilfe schwerer LKWs, die mit Rüttelplatten ausgestattet sind, wurden niederfrequente Vibrationen in den Untergrund des Yellowstones geschickt und ein Array aus 650 Geofonen ausgelegt. Mit den so gewonnenen seismischen Daten modellierte man am Computer ein neues Bild des flacheren Untergrunds der Yellowstone-Caldera.
Die Forscher entdeckten einen Magmenkörper, dessen kuppelförmige Oberfläche in nur 3,8 Kilometer Tiefe im nordöstlichen Teil der Caldera liegt. Sie besteht aus silikatischer Schmelze und Fluiden, die sich in einem porösen Gestein sammelten. Laut den Forschern könnte diese Magmakappe eine regulierende Wirkung auf den tiefer liegenden Magmenspeicher haben und diesen stabilisieren, indem sie Druck und Wärme zurückhält und den Ausstoß an Fluiden über das Hydrothermalsystem reguliert. So soll diese Magmakappe einen Vulkanausbruch (vorläufig) verhindern.
Bei der Entdeckung von Schmelze und Fluiden spielten nicht nur Laufzeitunterschiede eine Rolle, sondern auch die Reflexionen von P-Wellen und ihre Umwandlung in S-Wellen. Es gibt Hinweise darauf, dass sich die Fluide in einem überkritischen Zustand befinden und ca. 375 Grad heiß sind.
Struktur der Magmakappe baut Druck über Fluidefluss ins Hydrothermalsystem ab
Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass in der geringen Tiefe, in der sich die Oberseite des Magmenkörpers befindet, aufgrund des geringen Umgebungsdrucks Gase wie Wasser und Kohlendioxid aus der Schmelze freigesetzt werden und Blasen bilden, die sich im oberen Bereich des Reservoirs ansammeln. Solche Blasenansammlungen gelten als mögliche Auslöser für explosive Vulkanausbrüche, vor allem, wenn sie sich nicht an der Oberseite des Magmenkörpers bilden, sondern in tieferen Regionen des Reservoirs. Computermodelle und seismische Daten deuten darauf hin, dass die Blasen im Yellowstone-Magmenkörper nicht in gefährlichen Mengen zurückgehalten werden, sondern effizient über Risse und poröses Gestein entweichen können.
Zudem werden große Mengen magmatischer Gase über das hydrothermale System an die Oberfläche transportiert. Diese kontinuierliche Entgasung verhindert, dass sich Druck im Reservoir gefährlich aufbaut. Das Magmenreservoir selbst wird als kristallreich mit einer Porosität von weniger als 30 % beschrieben – Eigenschaften, die laut Modellierungen eine Entweichung der Gase begünstigen.
Obwohl Studien in den letzten Jahren herausfanden, dass unter Yellowstone wesentlich mehr Magma vorhanden ist, als früher vermutet wurde, und sich diese Schmelze in relativ geringer Tiefe befindet, sehen die Forscher derzeit keine Anzeichen für einen unmittelbar bevorstehenden Ausbruch. Vielmehr scheint sich das System in einem Gleichgewichtszustand zu befinden, in dem Gas- und Wärmeaustausch aktiv reguliert werden – ein Zustand, der vom Leiter der Studie, Prof. Brandon Schmandt, als „stabil atmend“ beschrieben wird.
Darüber, wie lange das Vulkansystem des Yellowstones stabil bleibt, gibt die Studie keine Auskunft. Die angewendeten Techniken sollte man meiner Meinung nach auch in den Campi Flegrei anwenden, um den dortigen Bradyseismos besser zu verstehen. (Quellen: Nature, Pressemeldung Rice Universität)