Wenn der Vulkan doch nicht schläft und Magma anhäuft

Teaserbild-Quelle: Unbekanntes Mitglied der 12th USAAF, 340th bomb group, San Diego Air und Space Museum Archive, Public Domain,

Seit mehr als 100'000 Jahren war der griechische Vulkan Methana kaum mehr aktiv. Doch der Schein trügt. Das geht aus einer kürzlich veröffentlichten Studie der ETH hervor.

Quelle: Unbekanntes Mitglied der 12th USAAF, 340th bomb group, San Diego Air und Space Museum Archive, Public Domain,

Flugzeug der United States Army Air Forces (USAAF) in der Nähe des Vesuvs, während seines letzten Ausbruchs im März 1944.

Der Vesuv bei Neapel hat immer wieder Eruptionen, letztmals im März 1944. Obwohl damals 12’000 Personen aus der Gefahrenzone geflüchtet sind, fanden 26 Menschen den Tod. Während die Lavamassen die Gemeinden San Sebastiano und Massa di Somma und San Sebastiano einmal beinahe vollständig unter sich begruben.

Anders sieht es beim Vulkan Methana auf der gleichnamigen griechischen Halbinsel in der Ägäis im Osten des Peloponnes aus: Er ist seit mehr 100'000 Jahre beinahe vollständig ruhig. Er galt als erloschen – wie viele andere Vulkane auch. Doch der Schein trügt, wie neue Untersuchungen zeigen.

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Olivier Bachmann, Professor für Vulkanologie und magmatische Petrologie der ETH Zürich, hat die Geschichte des Vulkans akribisch rekonstruiert und dabei Erstaunliches entdeckt: Während Methana an der Oberfläche nur sehr geringe vulkanische Aktivität entwickelte, sammelten sich tief in seinen Magmakammern stetig grosse Mengen an Magma an.

1250 Zikrone oder kleine Zeitkapseln

Um dem Geheimnis auf die Spur zu kommen, untersuchten das Team winzige Mineralien, sogenannte Zirkone. Sie entstehen, wenn das Magma im Inneren von entsprechenden Reservoiren in der Erdkruste abkühlt, und funktionieren wie natürliche Zeitkapseln: An Zirkonen lässt sich ablesen, wann und unter welchen Bedingungen sie gewachsen sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler analysierten mehr als 1250 solcher Kristalle, die eine Zeitspanne von rund 700'000 Jahren Vulkangeschichte abdecken. Auf diese Weise liess sich das Innenleben des Vulkans sehr genau rekonstruieren.

Dabei zeigte sich: Tief im Untergrund von Methana wurde fast kontinuierlich Magma gebildet. Es gab zwar Phasen mit Ausbrüchen – aber auch eine besonders lange Pause von über 100'000 Jahren, in der es nur sehr wenig vulkanische Aktivität an der Oberfläche gab. In dieser Zeitspanne wuchsen die meisten Zirkone. «Das ist ein klares Zeichen, dass im Untergrund das Magma sehr aktiv war – nur eben ohne an die Oberfläche zu gelangen», erklärt der Erstautor der Studie Răzvan-Gabriel Popa, der in Bachmanns Gruppe arbeitet.

Dieses Verhalten des Vulkans erklären sich die Popa und seine Kollegen vor allem mit dem Wassergehalt des Magmas:. Die Gesteinsschmelze, welche die Magmakammer in der oberen Erdkruste versorgte, enthielt sehr viel Wasser, sie war damit also deutlich wasserreicher als man erwartet hatte. Solche «superhydrierten» Magmen enthalten mehr als sechs Gewichtsprozent Wasser. – Ein solcher Wasserüberschuss verändert alles: Steigt dieses Magma durch die Kruste auf, wird es wassergesättigt und bildet Blasen. Im Gegenzug löst die Wassersättigung die Kristallisation des Magmas aus, und damit verringert sich dessen Mobilität.

Quelle: Razvan-Gabriel Popa | Copyright: Razvan-Gabriel Popa, ETH Zürich

Ein Bild des jüngsten Ausbruchs auf Methana (braun), dessen Lava ins Meer floss, dahinter Kalkstein.

Ein derartiges Magma bremst sich beim Aufstieg regelrecht selbst aus: Wie das Forschungsteam mit physikalischen und thermodynamischen Modellen zeigen konnte wird das Magma immer langsamer und bleibt schliesslich in der Erdkruste stecken. In der Folge gibt es zwar kein Vulkanausbruch, aber dafür bildet sich ein wachsendes Magmareservoir in mehreren Kilometern Tiefe.

Erdmantel sorgt für ein stark wasserhaltiges Magma

Woher kommt aber dieses extrem wasserreiche Magma? Die Antwort liefert der Erdmantel. Unter Methana wird der Mantel stark von Materialien beeinflusst, die mit einer abtauchenden Erdplatte in die Tiefe gelangen, darunter Sedimente des Meeresbodens und grosse Mengen Wasser. Dieser Vorgang befeuchtet gewissermassen den Erdmantel und sorgt für eine besonders effektive Magmaproduktion. Paradoxerweise kann also mehr Magma-Nachschub aus der Tiefe zu weniger Ausbrüchen führen, weil das Magma zu viel Wasser hat und zu kristallin ist, um die Oberfläche zu erreichen.

Der griechische Vulkan ist laut den Forscherinnen und Forschern kein Einzelfall. Sie vermuten, dass viele Vulkane im Bereich sogenannter Subduktionszonen – Bereiche in denen ozeanische Platten unter Kontinente abtauchen – periodisch durch besonders wasserreiches und primitives Magma gespeist werden. «Diese superhydrierten Gesteinsschmelzen könnten in Vulkanen, die nahe an Subduktionszonen liegen, vorherrschen», sagt Popa. «Methana ist ein gutes Beispiel dafür, wo wir diesen Effekt klar beobachten konnten. Die Auswirkungen unserer Ergebnisse lassen sich jedoch verallgemeinern und sind weitreichend».

Risiko eines Vulkanausbrauchs auch nach zehntausenden Jahren Ruhe

Dies heisst wiederum, dass eine lange vulkanische Ruhephase nicht bedeutet, dass ein Vulkan für immer erloschen ist. Im Gegenteil: Sie kann sogar darauf hindeuten, dass sich im Untergrund ein grösseres und potenziell gefährlicheres Magmasystem aufbaut. Diese Erkenntnis ist besonders relevant für die Gefahreneinschätzung: Vulkane, die seit zehntausenden Jahren nicht ausgebrochen sind, gelten oft als erloschen und werden kaum überwacht. Die Untersuchungen des Vulkans Methana zeigen, dass eine diese Annahme riskant ist: Solche Vulkane können Jahrtausende lang schlafen, während sie im Inneren grossen Druck für ein zukünftiges Wiedererwachen aufbauen.

«Für die Behörden, die für Vulkanrisiken zuständig sind, bedeutet dies: Sie müssen die Gefährdungsstufe von Vulkanen, die seit Jahrtausenden ruhig sind, aber regelmässig Anzeichen für magmatische Aktivität zeigen, neu bewerten», so Bachmann. Moderne Überwachungsmethoden, beispielsweise zur Erfassung von Erdbeben, Bodenverformungen oder entweichenden Gasen, aber auch die Abbildung und Untersuchung des Untergrunds mit Hilfe hochauflösender geophysikalischer Methoden, können helfen, solche verborgenen Prozesse frühzeitig zu erkennen. (mgt/mai)