Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supereruptionen werden durch Auftriebskraft ausgelöst

06.01.2014
Wie Supervulkane aktiv werden, war bis anhin nicht geklärt.

ETH-Geologen haben nun gezeigt, dass alleine der durch Dichteunterschiede zwischen Magma und dem umgebenden Gestein erzeugte Druck ausreichen kann, um derartige Giganten zum Ausbruch zu bringen.



Dichteunterschiede zwischen Magma und dem umgebenden Gestein können einen Überdruck erzeugen, sodass in der Erdkruste Risse entstehen und sich das Magma seinen Weg an die Oberfläche bahnt.

Nigel Hawtin / ESRF


Supervulkane sind keine Vulkane wie man sie kennt. Indem sie nicht «ausbrechen», sondern richtiggehend explodieren, hinterlassen sie anstatt eines Vulkankegels ein riesiges Loch in der Erdkruste, eine Caldera, deren Durchmesser bis zu hundert Kilometer betragen kann. Im Schnitt sind Supervulkane seltener als alle 100'000 Jahre aktiv; in historischer Zeit war keiner aktiv. Daher können sich Forscher nur anhand der überlieferten Asche- und Gesteinsschichten ein vages Bild von diesen Ereignissen machen.

Ein Forscherteam unter Leitung der ETH-Professorin Carmen Sanchez-Valle hat nun einen Auslöser für Supereruptionen identifiziert. Es bestimmte experimentell die Dichte des Magmas von Supervulkanen. So konnte es nachweisen, dass der durch Dichteunterschiede in der Magmakammer verursachte Überdruck eine Supereruption auslösen kann. Die Magmakammer ist die mit Magma gefüllte Kammer in der Erdkruste unterhalb des Vulkans. Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, «schlafende» Supervulkane besser einzuschätzen, etwa wie schnell ihr Magma die Erdkruste durchdringen und an die Oberfläche gelangen kann.

Zu grosse Magmakammer

Bekannte Supervulkane sind die Yellowstone-Caldera in den USA, der Toba-See in Indonesien und der Taupo-See in Neuseeland. Aber auch die im Vergleich eher kleinen Phlegräischen Felder bei Neapel zählen zu den rund 20 bisher bekannten Supervulkanen der Erde.

Dass der Ausbruch von Supervulkanen – wie es auch bei konventionellen Vulkanen der Fall ist – nicht alleine durch Überdruck aufgrund nachfliessenden Magmas in die Magmakammer ausgelöst wird, war schon seit Langem klar. Die Magmakammer eines Supervulkans kann mehrere Kilometer dick und bis zu hundert Kilometer breit sein. Sie ist deshalb viel zu gross, um durch Magma-Nachschub ausreichend Überdruck zu erhalten.

«Vergleichbar mit einem Fussball unter Wasser»

Über den Trigger einer Supereruption konnte bis anhin nur spekuliert werden. Einen möglichen Mechanismus sah man darin, dass der Überdruck in der Magmakammer durch Dichteunterschiede zwischen dem weniger dichten geschmolzenen Magma und dem vergleichsweise dichteren festen Gestein in der Umgebung erzeugt wird. «Der Effekt ist vergleichbar mit dem Auftrieb eines mit Luft gefüllten Fussball unter Wasser, der durch das schwerere umgebende Wasser nach oben gedrückt wird», sagt Wim Malfait, Erstautor der Studie, bis vor kurzem noch an der ETH Zürich und nun Forscher an der Empa.

Damit das Magma das Krustengestein über der Magmakammer durchschlagen und sich einen Weg an die Oberfläche bahnen kann, braucht es einen Druck, der 100 bis 400 Mal höher ist als der Luftdruck (10 bis 40 Megapascal). Um zu ermitteln, ob die Dichteunterschiede einen derart hohen Druck erzeugen können, müssen die Dichte der Magmaschmelze und des umgebenden Gesteins bekannt sein. Die der Magmaschmelze konnte bis anhin jedoch nicht direkt gemessen werden.

Erstmals Dichte des Magmas bestimmt

Den Forschern um Malfait gelang nun erstmals die Dichtebestimmung des Magmas von Supervulkanen mit Hilfe von Röntgenstrahlen der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble. Mit ihnen untersuchten sie künstlich hergestellte Magmaschmelzen bei unterschiedlichen Druck- und Temperaturbedingungen. Sowohl Schmelze als auch Druck und Temperatur entsprachen laut den Wissenschaftlern den natürlichen Gegebenheiten eines Supervulkans. Zudem variierten die Forscher den Wassergehalt der Schmelze. Über die verschiedenen Parameter formulierten sie mathematische Gleichungen, mit denen es ihnen gelang, die Gegebenheiten in einem Supervulkan zu modellieren.

«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», sagt Sanchez-Valle. Mechanismen, die herkömmliche Vulkanausbrüche begünstigten, wie etwa Sättigung des Magmas mit Wasserdampf oder tektonische Spannungen, könnten zwar auch ihren Beitrag leisten, seien aber nicht erforderlich, um eine Supereruption in Gang zu setzen, betonen die Forscher in der Studie, die in «Nature Geoscience» publiziert wurde.

Supervulkane gelten als eine ernsthafte wenn auch seltene Bedrohung. Da sie durch ihr untypisches Aussehen nicht leicht zu erkennen sind, werden auch heute noch neue entdeckt. Supervulkan-Eruptionen fördern in der Regel mindestens 450, nicht selten sogar mehrere 1000 Kubikkilometer Gesteinsmaterial und Asche an die Oberfläche und in die Atmosphäre. Asche und Gesteinsfragmente mit ihren umweltschädigenden chemischen Bestandteilen können bei den explosionsartigen Ausbrüchen bis über 30 Kilometer hoch in die Atmosphäre steigen und verheerende Auswirkungen für Klima und Leben auf der Erde haben. Die spektakulären und folgenschweren Ausbrüche des Krakatau (1883) und Tambora (1815), beides konventionelle Vulkane im heutigen Indonesien, sind vergleichsweise «harmlos» und ihre Auswurfsmassen betragen nur wenige Prozent einer Supereruption.

Literaturhinweis

Malfait WJ, Seifert R, Petitgirard S, Perrillat JP, Mezouar M, Ota T, Nakamura E, Lerch P, Sanchez-Valle C: Supervolcano eruptions driven by melt buoyancy in large silicic magma chambers. Nature Geoscience, Onlinepublikation 5. Januar 2014

News & Medienstelle | ETH Zürich
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Von der Bottnischen See bis ins Kattegat – Der Klimageschichte der Ostsee auf der Spur
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Einfluss der Sonne auf den Klimawandel erstmals beziffert
27.03.2017 | Schweizerischer Nationalfonds SNF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten