Träge oder explosiv - Wie Vulkane ausbrechen

Washington (USA) - Kein Vulkanausbruch gleicht einem anderen. Mal werden heiße Gesteinsmassen explosionsartig aus dem Schlot katapultiert, mal fließt zähflüssige Lava langsam über Tage und Wochen die Vulkanhänge hinab. Der Charakter eines Ausbruchs bestimmt das Risiko für die Menschen in der näheren Umgebung. Nun gelang es einer internationalen Gruppe von Geophysikern, die Art eines Vulkanausbruchs zeitnah vorherzusagen. In der Fachzeitschrift „Nature“ berichten die Wissenschaftler über ihre detaillierten Analysen während des Ausbruchs des Schildvulkans Kīlauea auf Hawaii im Mai 2018.

„Die Viskosität des Magmas bestimmt, wie weit und wie schnell Lava bei einem Ausbruch austritt“, sagt Diana Roman vom Earth and Planets Laboratory der Carnegie Institution for Science in Washington. Dünnflüssiges Magma mit niedriger Viskosität lässt Lava relativ schnell die Hänge herabfließen. Zähflüssiges Magma jedoch kann heiße Gase besser einschließen, so dass sich ein hoher Druck im Vulkan aufbauen kann. Dieser entlädt sich danach in explosiven Ausbrüchen.

Diana Roman und ihre Kollegen konnten nun sehr schnell in der frühen Ausbruchphase des Kīlauea zahlreiche Messdaten gewinnen. Diese reichten von der chemischen Zusammensetzung ausströmender Lava bis zu kleinen Erdbeben, die mit einem Netzwerk von Seismometern aufgezeichnet werden konnten. Das Magma ein- und desselben Vulkans kann sich in seiner chemischen Zusammensetzung, im Gehalt an Kristallen, Siliziumdioxid oder Gasbläschen ständig ändern – also in den Faktoren, die die Viskosität des Magmas bestimmen.

So entdeckten die Vulkanologen am Kīlauea bei ihrer Analyse ein sogenanntes Stressfeld und. Schwärme kleiner Beben zeigten dabei eine um 90 Grad verdrehte Ausbreitung. Dieses für den Kīlauea sehr ungewöhnliche Phänomen konnten die Forscher mit der großen Zähigkeit eines hochviskosen Magmas erklären. „So helfen solche Vorläufer-Erdbeben, den Charakter eines Vulkanausbruchs vorherzusagen“, sagt Roman.

Mit dieser Studie konnten die Forscher erstmals einen Zusammenhang zwischen Bebenschwärmen, Viskosität des Magmas und Art einer Eruption direkt während eines Vulkanausbruchs bestimmen. Zuvor waren vergleichbare Untersuchungen nur lange nach einem Ausbruch möglich. Mit weiteren Analysen wollen sie den Zusammenhang zwischen Magma-Viskosität und geologischen Verwerfungen an einem Vulkan noch besser verstehen. Dazu planen sie, sowohl zukünftige Vulkanausbrüche wie auf Hawaii möglichst zeitnah zu untersuchen als auch das Fließverhalten von Magma im Labor genauer zu analysieren. Diese Forschung hat das Potenzial, schnell den Charakter eines Vulkanausbruchs vorherzusagen, um dann rechtzeitig geeignete Schutzmaßnahmen bis zur Evakuierung eines Gebiets ergreifen zu können.