Schnelle Magmaströme unter Island

Cambridge (Großbritannien) - Island zählt zu den vulkanisch aktivsten Regionen der Erde. Denn die Insel liegt direkt auf dem mittelozeanischen Rücken, der Grenze zwischen der nordamerikanischen und eurasischen Platte. Britischen Wissenschaftlern gelang es nun mit der Analyse erstarrter, vulkanischer Gesteine und Computermodellen, den zeitlichen Ablauf eines Vulkanausbruchs genauer zu bestimmen. In der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ berichten sie, das vor einem Vulkanausbruch flüssiges Magma etwa zehn Tage braucht, um durch die Erdkruste zur Erdoberfläche zu gelangen. Diese Studie könnte auch einen weiteren Ansatz für eine bisher kaum mögliche kurzfristige Vorhersage von Vulkanausbrüchen liefern.

Euan Mutch und seine Kollegen von der Cambridge University sammelten im Krater des vor 7.000 bis 10.500 Jahren ausgebrochenen Vulkans Borgarhraun zahlreiche Proben erstarrter Lava. In diesen Proben fanden sie Olivin-Kristalle, die ihnen als Zeitmesser für die Prozesse vor einem Vulkanausbruchs dienten. Denn während des Aufstiegs flüssigen Magmas aus einem Reservoir im Erdmantel an der Unterkante der Erdkruste in etwa 24 Kilometern Tiefe veränderten sich Aufbau und chemische Zusammensetzung der Olivin-Kristalle. Genauer basiert diese Methode der sogenannten Diffusions-Chronometrie auf der Analyse ringförmiger Zonen der Kristalle mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen.

Mit einem hoch auflösenden Mikroskop analysierten die Forscher ihre gesammelten Olivin-Kristalle. Besonders fokussierten sie sich dabei auf die Konzentration von Aluminium-Ionen, die beim Aufstieg durch den Vulkanschlot zwischen verschiedenen Kristallzonen wanderten, im Fachslang Diffusion genannt. Parallel simulierten sie diesen Diffusionsprozess mit einem Computer unter Beachtung der im Vulkanschlot herrschenden Temperaturen und Drücke. Die mit dem Mikroskop ermittelte Zusammensetzung der Olivin-Kristalle glichen die Forscher mit dem simulierten Diffusionsprozess ab. Daraus konnten sie auf eine Aufstiegsgeschwindigkeit des Magmas von zwei bis zehn Zentimetern pro Sekunde schließen. So benötigte das Magma von der Unterkante der Erdkruste bis zur Oberfläche etwa zehn Tage.

„Wenn man weiß, wie schnell Magma zur Oberfläche gelangt, können Signale an der Oberfläche vor einem Ausbruch besser interpretiert werden“, sagt Euan Mutch. Zu diesen Signalen zählen etwa Gase wie Kohlendioxid, die während des Aufstiegs aus dem Magma ausgasen. An der Oberfläche könnten nun – je nach Tiefe des Vulkanschlots – 24 bis 48 Stunden vor einem Ausbruch erhöhte Kohlendioxid-Konzentrationen auftreten. Ob solche Gasmessungen aber tatsächlich halbwegs zuverlässige Vorhersagen liefern können, ist bisher noch nicht geklärt. Das erfordere laut Mutch noch weitere Forschungsarbeiten.