Supervulkane: Leichtes Magma treibt nach oben
Geoforschung Magma-Auftrieb lässt Supervulkane explodieren
London - Allein die Dichteunterschiede in der Magmakammer können Supervulkane explodieren lassen. Zwei internationale Forschergruppen haben diesen Auslöser für die verheerenden Eruptionen entdeckt. Schon der Umstand, dass das flüssige Magma weniger dicht ist als das umgebende feste Gestein, kann dem Magma genug Auftrieb verleihen, um kilometerdickes Krustengestein zu durchschlagen. Das berichten die Wissenschaftler in zwei Artikeln der Fachzeitschrift "Nature Geoscience" .
Bei den überaus seltenen Explosionen von Supervulkanen werden - so eine gängige Definition - mindestens 1000 Kubikkilometer Material ausgeworfen. Das sind rund hundert Mal mehr als bei der Eruption des Pinatubo 1991 auf den Philippinen, die zu den schwersten Ausbrüchen des 20. Jahrhunderts zählt. Die sich weltweit verteilende Asche des Pinatubo führte zu einer messbaren Abkühlung des Klimas auf der Erde.
Supervulkane unterscheiden sich von herkömmlichen Vulkanen. Statt eines Vulkankegels hinterlassen ihre Eruptionen einen riesigen Krater in der Erdkruste - die ausgeleerte Magmakammer, deren Durchmesser bis zu 100 Kilometer betragen kann. Zu den Überbleibseln solcher Ausbrüche zählen die Yellowstone-Caldera in den USA, der Toba-See in Indonesien und der Taupo-See in Neuseeland. Die letzte Eruption eines Supervulkans liegt Zehntausende Jahre zurück. Als Kandidat für einen künftigen Ausbruch gilt der erst 2012 als möglicher Supervulkan identifizierte Berg Uturuncu in Bolivien.
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.
Wie ein Fußball unter Wasser
Dies bestätigten nun Forscher um Carmen Sanchez-Valle von der Eidgenössischen Technischen Hochschule (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 Drücken und Temperaturen.
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 Erstautor Wim Malfait.
"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 Wissenschaftler. 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 Magma-Auftrieb in einer riesigen Kammer eine Supereruption auslösen kann. Sie nutzten Computermodelle, Daten bekannter Supervulkane und Simulationen, um dem Geheimnis dieser Explosionen auf die Spur zu kommen.
