Mechanismus entdeckt, der zur Explosion von Supervulkanen führt

8. Jänner 2014, 11:58
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Schweizer Forscher fanden heraus: Unterschiedliche Dichte von Magma und festem Gestein ist ausschlaggebend

Supervulkane sind keine herkömmlichen Feuerberge. Im Gegenteil: Oft schlummern sie unscheinbar im Untergrund, ehe sie aktiv werden - und dann kommt es auch nicht zu einem "normalen" Ausbruch: Supervulkane explodieren regelrecht und hinterlassen anstatt eines Vulkankegels ein riesiges Loch in der Erdkruste, eine Caldera, deren Durchmesser bis zu hundert Kilometer betragen kann. Durchschnittlich sind Supervulkane weniger als einmal in 100.000 Jahren aktiv. In historischer Zeit ist keine Supervulkan-Explosion bekannt. Daher können sich Forscher nur anhand der überlieferten Asche- und Gesteinsschichten ein vages Bild von diesen Ereignissen machen.

Ungeklärt war bislang etwa, wie Supervulkane überhaupt aktiv werden. Forscher von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) sind nun aber auf den entscheidenden Hinweis gestoßen. Die Geologen fanden heraus, dass alleine der durch Dichteunterschiede zwischen Magma und dem umgebenden Gestein erzeugte Druck ausreichen kann, um derartige Giganten zur Explosion zu bringen.

Bei den überaus seltenen Explosionen von Supervulkanen werden - so eine gängige Definition - mindestens 1.000 Kubikkilometer Material ausgeworfen. Das sind rund 100 Mal mehr als bei der Eruption des Pinatubo 1991 auf den Philippinen, die zu den schwersten Ausbrüchen des 20. Jahrhunderts zählt.

Bekannte Supervulkane sind die Yellowstone-Caldera in den USA, der Toba-See in Indonesien und der Taupo-See in Neuseeland. Aber auch die im Vergleich eher kleinen Phlegräischen Felder bei Neapel zählen zu den rund 20 bisher bekannten Supervulkanen der Erde.

Überdruck durch Dichteunterschiede

Forscher wussten, dass Supervulkane nicht allein durch jenen Überdruck ausbrechen, den nachfließendes Magma aufbaut. Da solche Magmakammern mehrere Kilometer dick und 100 Kilometer breit sein können, kann allein dieser Zufluss nicht genug Druck aufbauen. Daher vermutete man, dass der Überdruck durch Dichteunterschiede zwischen dem weniger dichten Magma und dem dichteren festen Gestein der Umgebung erzeugt wird.

Dies bestätigten Forscher um Carmen Sanchez-Valle von der ETH Zürich. Sie bestimmten die Dichte von Magma in Supervulkanen mit Hilfe von Röntgenstrahlen der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble. Damit untersuchten sie künstlich hergestellte Magmaschmelzen bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen. Demnach können Dichteunterschiede zwischen Magma und Umgebungsgestein genug Druck erzeugen, um die Kammer explodieren zu lassen. "Der Effekt ist vergleichbar mit dem Auftrieb eines mit Luft gefüllten Fußball unter Wasser, der durch das schwerere umgebende Wasser nach oben gedrückt wird", sagt Wim Malfait, Erstautor der in der Fachzeitschrift "Nature Geoscience", erschienen Studie.

"Schlafende" Supervulkane besser einschätzen

"Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer ausreichenden Größe der Magmakammer alleine der durch Dichteunterschiede verursachte Überdruck genügt, um die darüber liegende Kruste zu durchbrechen und eine Eruption in Gang zu setzen", erklärt Sanchez-Valle. Weitere Mechanismen wie tektonische Spannungen könnten zu einer Supereruption beitragen, seien aber nicht erforderlich, betonen die Wissenschafter. Die Erkenntnisse könnten helfen, "schlafende" Supervulkane besser einzuschätzen, etwa wie schnell ihr Magma die Erdkruste durchdringen und an die Oberfläche gelangen kann.

Forscher um Luca Caricchi von der Universität Genf gelangten ebenfalls zum Ergebnis, dass der Magmaauftrieb in einer riesigen Kammer eine Supereruption auslösen kann. Sie nutzten Computermodelle, Daten bekannter Supervulkane und 1,2 Millionen Simulationen, um dem Geheimnis dieser Explosionen auf die Spur zu kommen. (APA/red, derStandard.at, 7.1.2014)

  • Dichteunterschiede zwischen Magma und dem umgebenden Gestein allein reichen aus, um einen Überdruck zu erzeugen, sodass in der Erdkruste Risse entstehen und sich das Magma seinen Weg an die Oberfläche bahnt.
    illustration: nigel hawtin / esrf

    Dichteunterschiede zwischen Magma und dem umgebenden Gestein allein reichen aus, um einen Überdruck zu erzeugen, sodass in der Erdkruste Risse entstehen und sich das Magma seinen Weg an die Oberfläche bahnt.

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