Caldera-Kollaps erhöht die Stärke und Dauer von Vulkanausbrüchen

Wissenschaftler haben festgestellt, was großräumige Vulkaneruptionen auslöst und welche Bedingungen wahrscheinlich dazu führen.

Der Kilauea auf Hawaii ist einer der aktivsten Vulkane der Erde. Deshalb und wegen seiner relativ leichten Erreichbarkeit gehört er auch zu den Vulkanen, die am besten mit Überwachungsequipment ausgestattet sind. Das sind Instrumente, die alles messen und aufzeichnen – von Erdbeben und Bodenbewegungen bis hin zum Lavavolumen und mehr.

Die Eruption des Kilauea im Jahr 2018 war allerdings besonders stark. Es war die größte Eruption des Vulkans seit mehr als 200 Jahren. Wissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien nutzten die Fülle an gesammelten Daten über dieses seltene Ereignis, um Licht auf die Ursache großräumiger Eruptionen wie dieser zu werfen und – was vielleicht noch wichtiger ist – welche Mechanismen sie auslösen.

„Was diese Eruption letztendlich so viel stärker als normal machte, war der Kollaps der Caldera – das ist die große, kraterähnliche Vertiefung auf dem Gipfel des Vulkans“, sagte Alberto Roman vom JPL, der Hauptautor der neuen Studie, die kürzlich im Journal Nature veröffentlicht wurde. „Während eines Kollaps einer Caldera rutscht eine große, massive Felsformation vom Gipfel des Vulkans in ihn hinein. Während sie rutscht, an den schroffen Wällen hängenbleibt und weiterrutscht, quetscht die Felsformation mehr Magma heraus, als normalerweise ausgeworfen werden würde.“

Aber was das Forschungsteam wirklich wissen wollte, was die Ursache für den Kollaps der Caldera – und die Forscher fanden ihre Antwort. Der wahrscheinliche Verdächtige: Schlote (Öffnungen, durch die Lava strömt) in einiger Entfernung zu dem Vulkangipfel, die daher auch in viel geringerer Höhe als der Gipfel liegen.

„Manchmal eruptieren Vulkane am Gipfel, aber eine Eruption kann auch auftreten, wenn Lava durch die Schlote bricht, die viel weiter unterhalb des Vulkans liegen“, sagte Paul Lundgren vom JPL, ein Co-Autor der Studie. „Eruptionen durch diese Schlote in geringeren Höhen führten zum Kollaps der Caldera.“

Lundgren vergleicht diesen Typ Schlot mit dem Zapfhahn eines faltbaren Wasserkanisters auf einem Campingausflug. Wenn der Wasserpegel unterhalb des Zapfhahns fällt, verlangsamt sich der Wasserstrahl oder stoppt. Je tiefer am Vulkan ein Schlot (oder „Zapfhahn“) liegt, desto länger wird die Lava wahrscheinlich fließen, bevor es zum Erliegen kommt.

Eine große Menge Magma aus der Kammer unter dem Vulkan kann durch diese Schlote rasch nach außen ausgestoßen werden, was den Gesteinsboden und die Wände der Caldera über der Kammer ohne ausreichend Stützkraft zurücklässt. Das Gestein der Caldera kann dann in die Magmakammer kollabieren.

Wenn das Gestein fällt, übt es Druck auf die Magmakammern aus, was den Magmastrom zu den entfernten Schloten und damit auch das Gesamtvolumen der Eruption erhöht. Beim Kilauea identifizierte das Team zwei Magmakammern. Die Erhöhung des Drucks ist vergleichbar mit dem Zusammendrücken des Wasserkanisters, um das letzte Bisschen Wasser herauszupressen.

Nach der Entwicklung ihres Modells zu diesen Eruptionsprozessen und dank der zahlreichen verfügbaren Daten vom Kilauea verglichen die Forscher die Vorhersagen des Modells mit Beobachtungen von ähnlichen Eruptionen anderer Vulkane, die durch den Kollaps der Caldera ausgelöst wurden. Die Ergebnisse waren konsistent. Obwohl das Modell nicht vorhersagt, wann ein Vulkan ausbrechen wird, kann es entscheidende Einblicke in die wahrscheinliche Stärke einer Eruption liefern, wenn sie beginnt.

„Wenn wir eine Eruption an einem Schlot in geringer Höhe sehen, ist das ein Warnzeichen dafür, dass ein Caldera-Kollaps möglich ist“, sagte Roman. „Wenn wir Erdbeben registrieren, die mit dem Rutschen der Caldera-Formation übereinstimmen, wissen wir jetzt, dass die Eruption wahrscheinlich viel stärker als normal werden wird.“

Quelle

(THK)