Wucht des Ausbruchs

Die Vorhersage, wie gefährlich ein Vulkan­ausbruch sein wird, ist für die Frühwarnung außer­ordentlich wichtig, sie ist aber auch außerordentlich schwierig. Vulkano­logen der Johannes Gutenberg-Uni­versität Mainz JGU haben in Kooperation mit Wissen­schaftlern der Leibniz Universität Hannover und der Universität Uppsala in Schweden Anhalts­punkte ermittelt, die Hinweise auf die Gefähr­lichkeit einer bevor­stehenden Eruption geben können. Für ihre Unter­suchung nutzten sie winzige Einschlüsse magma­tischer Schmelz­tröpfchen in Kristallen, um die Bedingungen zu verstehen, die vor einem explosiven Ausbruch in dem Magmen­reservoir unter einem Vulkan herrschen.

Magma­reservoirs unterhalb eines Vulkans wachsen durch schubweise Injektionen frischen Magmas. Diese wieder­kehrenden, pulsartigen Magmen­schübe können den physi­kalischen und chemischen Zustand des vor­handenen Magmas drastisch ändern. Dement­sprechend variieren Temperatur und Wassergehalt von Magmen während der Lebens­dauer eines Vulkans. Die Wissen­schaftler gehen jetzt davon aus, dass es für die Gefährlichkeit eines Vulkan­ausbruchs entscheidend ist, an welchem Punkt der zyklischen Schwankungen die Eruption erfolgt. Je nachdem kann es zu einem eher explosiven oder eher effusiven Ausbruch kommen. Explosive Vulkan­ausbrüche erzeugen große Mengen an Asche und beein­trächtigen ein größeres geo­graphisches Gebiet, während effusive Eruptionen meist Lavaflüsse hervor­bringen, was für die Bevölkerung der Umgebung ein geringeres Risiko darstellt.

Die Wissen­schaftler haben für ihre Untersuchung Gesteins­proben des indo­nesischen Vulkans Kelud verwendet. Kelud gilt als einer der gefähr­lichsten Vulkane der Welt. Über zwei Millionen Menschen leben in einem Radius von 30 Kilometern Entfernung. Mehr als 5.000 Menschen haben allein bei Eruptionen im 20. Jahrhundert ihr Leben verloren. Erst im Jahr 2014 kam es zu einer explo­siven Eruption, bei der Asche über 200 Kilometer weit verteilt wurde und 200.000 Menschen evakuiert werden mussten. „Kelud ist wie viele andere Vulkane auch sehr unbe­rechenbar, weil sich die Art und Weise der Ausbrüche häufig ändert“, sagt der Vulka­nologe Mike Cassidy vom Institut für Geowissen­schaften der JGU. 2014 war der Ausbruch explosiv, 2007 hingegen erzeugte eine Eruption nur wenig Asche und einen kleinen Lavafluss innerhalb des Kraters.

Bei der Unter­suchung des Vulkan­gesteins von Kelud stellten Cassidy und seine Kollegen fest, dass sich das Magma vor dem explosiven Ausbruch im Jahr 2014 in einem vergleichs­weise kühlen und wasser­reichen Zustand befand. Dagegen war das Magma 2007, vor der weniger explosiven Eruption des Lavadoms, heißer und trockener. „Selbst eine relativ kleine Änderung der Temperatur und des Wasser­gehalts kann zu einer drastischen Veränderung der chemischen und physi­kalischen Eigen­schaften des noch in der Erde ruhenden Magmas führen“, erklärt Cassidy. „Wenn zum Beispiel die Temperatur fällt, wird das Magma zähflüssiger und das enthaltene Gas kann schwieriger entweichen. Dies führt zu einem Druckaufbau und einer explosiven Eruption.“

Heißere und trockenere Zustände von Magma führen die Wissen­schaftler auf die Injektion von wasser­armem Magma aus tieferen Regionen zurück, das sich mit der vorhandenen Gesteins­schmelze in der Magmakammer mischt. „Die Studie liefert Anhalts­punkte für unser Verständnis, warum Vulkane auf verschiedene Art und Weise ausbrechen, und könnte in Zukunft zur Vorhersage beitragen, wie explosiv eine bevor­stehende Eruption werden könnte“, erwartet Mike Cassidy.

JGU / JOL