Natur-Phänomen Auftrieb von Magma lässt Supervulkane ausbrechen

Eruptionen von Supervulkanen können verheerende Folgen haben - etwa für das Erdklima. Bisher rätselten Forscher, was die riesigen Magmakammern explodieren lässt. Nun zeigen Studien: Unterschiede in der Dichte zwischen Magma und umgebendem Gestein genügen.

Die undatierte Aufnahme zeigt einen der regelmäßigen kleinen Ausbrüche des italienischen Vulkans Stromboli. Quelle: dpa

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 100 Mal mehr als bei der Eruption des Pinatubo 1991 auf den Philippinen, die zu den schwersten Ausbrüchen des 20. Jahrhunderts zählt.
Statt eines Vulkankegels hinterlassen die Eruptionen einen 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.

Vulkan Kilauea bedroht Häuser auf Hawaii
Lava vom Vulkan Kilauea bedroht zunehmend Häuser in einer entlegenen Ortschaft auf Hawaii. Der Feuerberg liegt auf Big Island im Vulkan-Nationalpark. Nach Angaben der Hawaiian Volcano Observatory vom Sonntag (Ortszeit) fließt über 1000 Grad heiße Lava in drei Strömen langsam in Richtung des Ortes Pahoa. Die Behörden gaben eine Evakuierungswarnung heraus, wie der Sender Hawaii Public Radio berichtete. Bewohner wurden aufgefordert, sich bereit zu halten, ihre Häuser in den kommenden Tagen zu verlassen. Der Kilauea im 50. US-Bundesstaat ist einer der aktivsten Vulkane der Erde. Die Inselkette im Pazifik ist vulkanischen Ursprungs. Quelle: dpa
Nach dem Vulkanausbruch in Japan werden zahlreiche Todesopfer befürchtet. Rettungskräfte hätten in der Nähe des Gipfels des Ontake mehr als 30 leblose Menschen mit Herzstillstand gefunden, teilte die Polizei am Sonntag mit. In Japan ist es üblich, Menschen erst nach einer Untersuchung für tot zu erklären. Die Katastrophenschutzbehörde sprach zuvor von 45 Vermissten, nach denen mehr als 500 Soldaten und Polizisten suchten. Mehr als 40 Menschen seien verletzt worden. Zuvor hatte sich ein Bericht über ein Todesopfer nicht bestätigt. Der 3067 Meter hohe Vulkan etwa 200 Kilometer westlich von Tokio war am Samstagmittag plötzlich ausgebrochen und hatte dabei eine dichte Aschewolke ausgestoßen, die sich über mehr als drei Kilometer erstreckte. Hunderte Wanderer und Bergsteiger wurden davon überrascht, unter ihnen waren auch Kinder. Sie versuchten bei schlechter Sicht abzusteigen oder suchten Zuflucht in einer Schutzhütte. Quelle: AP
Bei einem Ausbruch des Vulkans Sinabung auf der indonesischen Insel Sumatra sind mindestens 14 Menschen getötet worden. „Wahrscheinlich finden wir noch weitere Opfer“, sagte am Samstag ein örtlicher Priester, der mit einer Hilfsorganisation zusammenarbeitet. Der 2460 Meter hohe Berg habe Lava und Gas ausgestoßen, hieß es weiter. Einen Tag vor der Eruption hatte der Katastrophenschutz wegen nachlassender Aktivität des Vulkans die Rückkehr von Einwohnern erlaubt, die mehr als fünf Kilometer von dem Berg entfernt leben. Der Sinabung hatte mehr als 400 Jahre geruht, bevor er im August 2010 wieder ausbrach. Seit September vergangenen Jahres sind rund 30 000 Menschen aus der Umgebung geflohen. Die Einwohner bauen an den fruchtbaren Hängen des Berges seit Jahrhunderten Kaffee, Kakao und Orangen an. In Indonesien gibt es 130 aktive Vulkane. Quelle: AP
Der Kilauea auf Hawaii ist einer der weltweit aktivsten Vulkan. Die Besonderheit: Die Lavaströme fließen direkt in den Pazifischen Ozean und erkalten sofort, wenn sie auf das Wasser treffen. Quelle: REUTERS
Der Vulkan Chaparrastique ist einer von sechs aktiven Vulkanen im zentralamerikanischen Land El Salvador. Der Chaparrastique liegt südlich von San Miquel und soll seit 1530 insgesamt acht Mal Lava gespuckt haben. Derzeit tritt bisher nur Gas und Asche aus. Quelle: REUTERS
Der Vulkan Ätna auf Sizilien spuckt Asche und legt damit den Flugverkehr von und nach Catania lahm. An seinem Süd-Ost-Krater stieß der Vulkan am Sonntag zum wiederholten Male in diesem Jahr Lavamassen aus, die sich auf einer Länge von mehr als einem Kilometer in das unbewohnte Tal Valle del Bove ergossen. Der Flughafen der nahegelegenen Stadt Catania blieb am Montag geschlossen, Dutzende Flüge wurden storniert oder nach Palermo umgeleitet, wie italienische Medien berichteten. Der Ätna ist mit 3350 Metern der höchste noch aktive Vulkan Europas. Leichtere Eruptionen mit weithin sichtbaren Aschefontänen kommen häufiger vor, mehr als ein Dutzend waren es allein in diesem Jahr. Den letzten größeren Ausbruch des Ätnas gab es im Jahr 1992. Quelle: dpa
Vesuv (Italien) Der Vesuv gilt heute als gefährlichster Berg der Welt. Diese zweifelhafte Ehre verdankt er unter anderem der Tatsache, dass bis zu drei Millionen Menschen in gefährlicher Nähe zu dem Vulkan leben. Aktuell gibt es wieder Grund zur Sorge. In der Gegend um Neapel hebt und senkt sich der Boden. Ursache ist eine riesige Magmakammer. Forscher befürchten einen Ausbruch. Welche Zerstörungskraft der Vesuv besitzt, wurde in einem der berühmtesten Vulkanausbrüche der Geschichte deutlich: Am 24. August des Jahres 79 überschüttete eine verheerende Eruption die Orte Pompeji, Herculaneum, Stabiae und Oplontis mit Asche und heißem Gestein und tötete tausende Menschen. Seither hat der Vesuv immer wieder seine Gefährlichkeit unter Beweis gestellt, so im Jahr 1631, als beim schwersten Ausbruch seit dem Jahr 79 etwa 4000 Menschen den Tod fanden. In größerem Umfang aktiv war der Vesuv zuletzt im Jahr 1944, seither herrscht trügerische Ruhe am Golf von Neapel. Eine Ruhe, die immer mehr Menschen in die gefährdete "rote Zone" lockt: Allein in den letzten zwanzig Jahren entstanden hier 50.000 neue Häuser - obwohl dieses Gebiet im Fall eines Ausbruchs am stärksten von der Zerstörungskraft des Vulkans betroffen wäre. Quelle: dpa

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 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 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 Erstautor Wim Malfait laut einer Mitteilung der Hochschule.

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„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 Genfgelangten 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.

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