Erst vor kurzem ist der indonesische Vulkan Merapi ausgebrochen und hat hunderte Menschen auf der Insel Java zur Flucht gezwungen. Vor wenigen Wochen kam es zu einer der stärksten Eruptionen der letzten Jahrzehnte, als der Unterwasservulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai in der Nähe des Inselreichs Tonga ausbrach. Dabei wurde sogar befürchtet, dass die freigesetzten Gase die globalen Temperaturen spürbar abkühlen könnten – Untersuchungen zeigen aber, dass das kaum der Fall sein wird.
Vulkanausbrüche sind also keine Seltenheit und treffen Menschen, die in der Umgebung aktiver Vulkane wohnen, oft sehr überraschend. Der Vulkanologe Daniel Rasmussen von der Columbia-Universität in New-York möchte daher die Vorhersagen möglicher Ausbrüche verbessern. Zusammen mit einem US-amerikanischen Team hat er Vulkane auf der Inselkette der Aleuten untersucht, um mehr über die Magma-Vorkommen unter der Erde zu erfahren. Die dortigen Vulkane sind Teil eines aktiven Vulkanbogens. Das Ergebnis ihrer Untersuchung präsentieren die Forscherinnen und Forscher aktuell im Fachjournal „Science“.
Die Suche nach physikalischen Merkmalen
„Früher hat man anstehende Vulkanausbrüche vorhergesagt, indem ihre Aktivität mit Daten zu früheren Ausbrüchen in der Region verglichen wurde. Seit einiger Zeit arbeiten Forscherteams aber daran, die Prognosen auf unterschiedliche physikalische Merkmale zu stützen.“ Mit Modellen, die auf derartigen Merkmalen beruhen, könnten Ausbrüche künftig früher und genauer vorhergesagt werden. Dazu sei es aber notwendig, so viele Informationen wie möglich über Vulkane, die Beschaffenheit des Magmas vor dem Ausbruch und dessen Vorkommen unter der Erde zu sammeln.
Das Team um Rasmussen nutzte Daten aus früheren Untersuchungen, in denen Magma-Vorkommen anhand von seismologischen Untersuchungen unter Vulkanen lokalisiert wurden. Außerdem analysierten sie Daten zu fast 4.000 Schmelzeinschlüssen, die bereits vor mehreren Jahren von den Forscherinnen und Forschern auf den Aleuten gesammelt wurden. Dabei handelt es sich um ein bisschen Magma, das in Kristallen eingeschlossen ist. „Wenn diese Kristalle dann an die Oberfläche kommen, kühlt der Einschluss ab und wird zu Glas, das wir anschließend analysieren können“, erklärt Rasmussen. Die Forscher konnten so Magma von 62 Vulkanen auf seine Beschaffenheit untersuchen.
Wasser für Magma-Tiefe ausschlaggebend
Das Ergebnis: Je mehr Wasser in Magma enthalten ist, desto tiefer liegen auch die Vorkommen unter der Erde. Eigentlich ist das Wasser in Magma aufgelöst, erklärt Rasmussen und fügt hinzu: „Ähnlich wie Kohlensäure in einem Getränk.“ Je höher Magma in der Erdkruste steigt, desto mehr Blasen bilden sich durch den Wasseranteil, was der Vulkanologe ebenfalls mit Kohlensäure vergleicht. Mehr Wasser bedeute dabei auch mehr Blasen in tieferen Lagen. „Diese Blasen verändern die Beschaffenheit des Magmas und machen es zäher. Es kann also nicht weiter aufsteigen, obwohl der statische Auftrieb die Masse eigentlich noch nach oben drückt.“
Für Rasmussen ein etwas überraschendes Ergebnis. Er erklärt: „Bislang ist man davon ausgegangen, dass sich Magma immer dort ansammelt, wo sein statischer Auftrieb nicht mehr stark genug ist, um durch das umliegende Gestein zu dringen.“
Globale Bemühungen um Vorhersage-Modelle
Die Untersuchung, wo Magma unter Vulkanen vorkommt und warum es dort liegt, sei ein wichtiger Schritt zu einer Verbesserung der Physik-basierten Vorhersagemodelle. Über den genauen Zeitpunkt, wann es zu Eruptionen kommen könnte, sagen die Ergebnisse des Forscherteams aber wenig aus. Sehr wohl könne man damit aber die Kraft, mit der Magma bei Ausbrüchen an die Oberfläche getrieben wird, genauer einschätzen. Die Folgen für in der Nähe lebende Menschen könnten so besser vorhergesagt werden.
„Unser generelles Ziel als Vulkanologen ist es, Vulkanausbrüche mindestens so genau wie Wettervorhersagen prognostizieren zu können. So wie beim Wetter, sind wir aber auf viele Daten angewiesen, um nicht nur den Zeitpunkt, sondern auch die Eigenschaften eines Ausbruchs exakt vorhersagen zu können“, so Rasmussen. Der Vulkanologe begrüßt daher die vielen laufenden Forschungsprojekte von Expertinnen und Experten auf der ganzen Welt, um die Entwicklung Physik-basierter Vorhersagemodelle voranzutreiben.