Villigen - Ob Vulkanausbrüche realtiv glimpflich verlaufen oder so heftig ausfallen, dass sie verheerende Schäden im Umland anrichten, hängt von verschiedenen Rahmenbedingungen ab. Einen zentralen Faktor haben nun Forscher des Schweizer Paul Scherrer Instituts (PSI) im Experiment untersucht, nämlich die Blasenbildung im Gestein.

Wenn geschmolzenes Gestein aus den Tiefen der Erde aufsteigt, erzeugen Wasser und andere flüchtige Substanzen Blasen im Gestein. Diese Blasen schwächen das Gestein und erzeugen gleichzeitig einen Pfad, auf dem die Gase entweichen können. Wenn sich die Blasen schneller ausdehnen, als die Gase entweichen können, kommt es zu einem Vulkanausbruch. Dehnt sich das Gas langsamer aus, findet es einen günstigeren Pfad, über den es aus den Blasen entweichen kann, so dass sich die Gefahr eines Vulkanausbruchs verringert. 

Die Untersuchung

Die Entstehung und Evolution von Blasen in geschmolzenem Basaltgestein wie beispielsweise um die Vulkane Stromboli und Ätna in Italien standen im Mittelpunkt eines Projekts, das ein international zusammengesetztes Forschungsteam unter der Leitung von Don Baker von der kanadischen McGill University durchgeführt hat. "Mit einem neuartigen lasergestützten Heizsystem und der Ausrüstung für die Darstellung schneller Prozesse am Messplatz TOMCAT haben wir die Veränderungen der Mikrostruktur des Materials in drei Dimensionen und in Echtzeit verfolgen können. Damit haben wir den Beginn der Blasenbildung im Innern eines kleinen Stücks Basaltschmelze Sekunde für Sekunde verfolgen können", erklärt Julie Fife aus dem Untersuchungsteam.

Die Forscher konnten damit bestimmen, welchen Bedingungen für die Blasenbildung zu einem Ausbruch führen. "Das komplexe Wechselspiel zwischen der Festigkeit des geschmolzenem Gesteins und seiner zunehmenden Gasdurchlässigkeit am Anfang der Blasenbildung deutet darauf hin, dass die Kombination dieser beiden Größen darüber entscheidet, ob ein Vulkan heftig ausbricht oder ob die enthaltenen Gase still entweichen und höchstens kleinere Ausbrüche erzeugen", erklärt Baker die Ergebnisse.

Das wohl wichtigste Resultat dieser Untersuchungen deutet darauf hin, dass eine der heftigsten Eruptionsarten, die explosive "Plinianische Eruption", in den ersten zehn Sekunden der Blasenformung ausgelöst wird. Die rasche Zunahme der Zahl der Blasen führt dazu, dass das Gestein geschwächt wird und führt schließlich zu einem Zusammenbruch der untersuchten Probe. Wenn das Magma nicht unmittelbar ausbricht, können ausreichende Pfade entstehen, über die das Gas entweichen kann, so dass sich das Risiko eines Ausbruchs reduziert. (red, derStandard.at, 27.10.2012)