Eine neue Studie kommt dem Geheimnis des Hydrothermalsystems der Yellowstone-Caldera auf die Spur. Es wurde geklärt, wie der unterschiedliche Chemismus der heißen Quellen in West- und Ost Yellowstone zustande kommt.
Zusammenfassung
- Das neue SkyTEM Datenerfassungssystem wurde am Yellowstone eingesetzt
- Vom Hubschrauber aus konnten große Areal der Caldera untersucht werden
- Mit geoelektrischen- und geomagnetischen Daten wurde ein Bild des Untergrunds erstellt
- Hydrothermales Tiefenwasser steigt senkrecht entlang von Klüften auf
- Erst unter einer oberflächennahen Deckschicht verteilt es sich seitwärts und mischt sich mit Grundwasser
Die Yellowstone-Caldera in den USA ist ein beliebtes Forschungsobjekt der Geowissenschaftler, da der riesige Vulkan das Potenzial hat, besonders starke Eruptionen zu erzeugen, die katastrophale globale Auswirkungen haben könnten. Allerdings sind diese sogenannten Supervulkanausbrüche extrem selten und kein moderner Mensch hat je einen dieser Ausbrüche erlebt. Dementsprechend gibt es keine historischen Überlieferungen dieser Ereignisse. Alles was wir über Supervulkane wissen ist akademischer Natur, wobei der Begriff „Supervulkan“ eine mediale Wortschöpfung ist. Vulkane, die die stärksten Eruptionen der Welt verursachen können, haben 2 Sachen gemeinsam: es handelt sich um große Calderavulkane und sie verfügen über ein ausgeprägtes Hydrothermalsystem. Befindet sich ein aktiver Magmenkörper unter der Caldera, dann manifestieren sich an der Erdoberfläche mehr, oder weniger ausgeprägte postvulkanische Erscheinungen in Form von Fumarolen, heißen Quellen und Geysiren. Im Falle des Yellowstone-Vulkans sind diese postvulkanischen Erscheinungen besonders intensiv, ja, man spricht sogar von der weltgrößten Ansammlung solcher Phänomene. Damit diese entstehen braucht es zum einen Grundwasser und zum anderen Erdwärme, die von einem Magmenkörper ausgeht. Bisher wusste man nicht genau, wie die unterirdischen Wasserströme im Gebiet des Yellowstone-Vulkans verlaufen, und was davon phreatisches Grundwasser ist, und welche Anteile hydrothermale Tiefenwässer sind, die in Form von magmatischen Fluiden aus dem Bereich des Magmenkörpers aufsteigen. Dieser Frage ging nun ein Forscherteam vom Virginia Tech, dem U.S. Geological Survey und der Universität Aarhus in Dänemark nach.
SkyTEM sammelt geoelektrische Daten des Untergrunds im Yellowstone
Die Geowissenschaftler entwickelten ein Bildgebungsverfahren, dass mithilfe geophysikalischer Daten des Untergrunds die Aufstiegswege des Wassers im Boden sichtbar machen kann. Die Daten wurden vom Hubschrauber aus erhoben, indem geoelektrische- und geomagnetischen Messungen durchgeführt wurden. Dazu wurde ein spezielles Gerät eingesetzt, dass den Namen „SkyTEM“ trägt. Dabei handelt es sich um eine Drahtschleife, die unter dem Hubschrauber hergezogen wird und elektrische Impulse in den Boden aussendet. So lässt sich großflächig die elektrische Leitfähigkeit des Untergrunds kartieren und ebenfalls geomagnetische Daten sammeln.
„Einer der einzigartigen Aspekte dieses Datensatzes ist die umfassende Abdeckung dieses riesigen Systems“, erklärt Prof. Steve Holbrook von der Virginia Tech. „Wir waren in der Lage, nicht nur tief unter die hydrothermalen Erscheinungen zu blicken, sondern auch zu sehen, wie benachbarte Erscheinungen im Untergrund über große Entfernungen miteinander verbunden sind. Das war bisher noch nie möglich,“ ergänzt der Studienleiter weiter.
Da verschiedene Bodenschichten unterschiedliche geophysikalische Eigenschaften haben, die auch stark vom Wassergehalt abhängen, lässt sich mit den SkyTEM-Daten besonders gut ein PC-Bild des Untergrunds rendern. Dabei lassen sich auch Grundwasser und thermische Fluide unterscheiden, da letztere große Mengen an gelösten Feststoffen enthalten. Sie verringern den spezifischen Widerstand von porösen Vulkangestein und lassen sich anhand ihrer Widerstandssignaturen von den Grundwasserreservoirs unterscheiden.
Geotherme Tiefenwässer steigen senkrecht auf
Die Geowissenschaftler entdeckten, dass das meiste Wasser des Hydrothermalsystems aus einer Quelle stammt. Es steigt aus großer Tiefe senkrecht auf und benutzt dabei Rissen in Störungszonen als Aufstiegsweg. Das hydrothermale Tiefenwasser verteilt sich erst horizontal, nachdem es auf eine Deckschicht aus Ton und alten Lavaströmen stößt. Erst bei dieser horizontalen Migration im Boden ändert es seinen Chemismus, indem es mit Mineralien des Bodens reagiert und sich mit dem Grundwasser mischt. Dadurch kommen die unterschiedlichen Chemismen des Wassers im Osten und Westen des Yellowstones zustande.
Die Forscher denken darüber nach, ihr neues System auch an anderen Caldera-Vulkanen mit komplexen Hydrothermalsystem einzusetzen. Vielleicht hilft es ja, dem Bradyseismos der Campi Flegrei auf die Spur zu kommen. (Quelle: nature.com)