Dichteunterschiede

Auftrieb von Magma lässt Supervulkane ausbrechen

05.01.2014 12:43

Wie zwei Forschergruppen heraufgefunden haben, können allein die Dichteunterschiede in der Magmakammer Supervulkane explodieren lassen. 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 der Fachzeitschrift "Nature Geoscience".

Bei den überaus seltenen Explosionen von Supervulkanen werden - so eine gängige Definition - mindestens 1.000 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 geleerte 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.

Ausbruch nicht nur durch Überdruck verursacht
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 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 Fußballs unter Wasser, der durch das schwerere umgebende Wasser nach oben gedrückt wird", sagt Erstautor Wim Malfait laut einer Mitteilung der Hochschule.

"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.

Ergebnis von anderen Forschern untermauert
Forscher um Luca Caricchi von der Universität Genf gelangten 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.