Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Geheimnis des explosiven Vulkanismus entschlüsselt

14.11.2019

Wann droht die nächste Eruption? Untersuchungen von Proben des indonesischen Merapi zeigen, dass die Explosivität von Schichtvulkanen steigt, wenn mineralstoffreiche Gase die Poren und Mikrorisse in der obersten Gesteinsschicht versiegeln. Damit ergeben sich neue Möglichkeiten zur Vorhersage eines Ausbruchs.

Der Merapi auf Java gehört zu den gefährlichsten Vulkanen der Welt. Um die Bevölkerung rechtzeitig vor einem Ausbruch zu warnen, nutzen Geowissenschaftler und Geowissenschaftlerinnen aktuell meist seismische Messungen, welche die Bewegungen des Untergrunds sichtbar machen.


Ein internationales Team, zu dem auch Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) gehören, hat jetzt in der Lava vom Gipfel des Merapi ein weiteres Indiz für eine drohende Eruption gefunden: Die oberste Gesteinsschicht, die „Staukuppe“, wird undurchlässig für Gase aus dem Untergrund, bevor der Vulkan ausbricht.

„Unsere Untersuchungen zeigen, dass sich die physikalischen Eigenschaften der Staukuppe im Laufe der Zeit verändern“, erklärt Prof. H. Albert Gilg vom TUM-Lehrstuhl für Ingenieurgeologie.

„Nach einem Ausbruch ist die Lava noch gut durchlässig. Nach und nach sinkt dann die Permeabilität, also die Durchlässigkeit. Das Gas staut sich, der Druck steigt und sprengt schließlich in einer gewaltigen Explosion die Staukuppe.“

Der Merapi als Modell-Vulkan

An sechs Lavaproben – eine stammt vom Ausbruch des Merapi 2006, die anderen von der Eruption 1902 – konnten die Forscher zeigen, wie sich die Gesteine verändern. Untersuchungen von Porenvolumen, Dichte, Mineralzusammensetzung und -struktur ergaben, dass die Permeabilität mit zunehmender Gesteinsumwandlung um vier Größenordnungen gesunken ist.

Verantwortlich dafür sind neu gebildete Mineralien, vor allem Kalium- und Natrium-Aluminiumsulfate, welche die feinen Risse und Poren in der Lava versiegeln.

Der Zyklus der Zerstörung

Dass die reduzierte Permeabilität der Staukuppe tatsächlich verantwortlich ist für den nächsten Ausbruch, bestätigten Computersimulationen. Die Modelle zeigen, dass ein Schichtvulkan wie der Merapi drei Phasen durchläuft:

Nach einer Eruption, wenn die Lava noch durchlässig ist, können Gase austreten; in der zweiten Phase wird die Staukuppe undurchlässig für Gase, gleichzeitig steigt der Druck im Inneren immer weiter an; in der dritten Phase sprengt er die Staukuppe.

Auch Fotografien vom Merapi aus der Zeit vor und während der Eruption am 11. Mai 2018 sprechen für das drei-Phasen-Modell: Der Feuerberg hatte zunächst eine Rauchfahne, schien dann lange ruhig, bis sich das Gas mit einer gewaltigen Explosion einen Weg bahnte und eine Aschenfontäne kilometerhoch in den Himmel schoss.

„Die Forschungsergebnisse lassen sich jetzt nutzen, um das Eruptionsrisiko besser einschätzen zu können“, resümiert Gilg. „Ein reduzierter Gasaustritt, den man messen kann, ist damit ein Hinweis auf einen bevorstehenden Ausbruch.“

Messungen des Gausautritts können nicht nur im Fall des Merapi helfen, eine drohende Eruption rechtzeitig zu prognostizieren. Schichtvulkane sorgen rund um den Pazifik immer wieder für Zerstörung. Die berühmtesten Beispiele sind der Pinatubo auf den Philippinen, der Mount St. Helens in den USA und der Fuji in Japan.

Weitere Informationen:
Bei den Untersuchungen kooperierten Wissenschaftler des Institut de Physique de Globe de Strasbourg, Frankreich; der Uppsala University, Schweden; der Technische Universität München, der University of Leeds, United Kingdom; der Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta, Indonesia sowie des German Research Centers for Geosciences, Potsdam. Die Forschung wurde gefördert durch VOLTAGE, ein Projekt des Research Council of Sweden, dem schwedischen Center for Hazard and Disaster Sciences (CNDS) und dem EU-Projekt Volcapse.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. H. Albert Gilg
Technische Universität München
Lehrstuhl für Ingenieurgeologie
Tel. +49-(0)89 – 289 25855
agilg@tum.de

Originalpublikation:

Michael J. Heap, Valentin R. Troll, Alexandra R.L. Kushnir, H. Albert Gilg, Amy S.D. Collinson, Frances M. Deegan, Herlan Darmawa, Nandhirah Seraphine, Juergen Neuberg, Thomas R. Walter; „Hydrothermal alteration of andesitic lava domes can lead to explosive volcanic behaviour“; Nature Communications volume 10, Article number: 5063 (2019)
www.nature.com/articles/s41467-019-13102-8

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Berichte zu: Druck Eruption Explosion Gas Gase Lava Permeabilität Vulkanismus seismische Messungen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Grönlands Eispanzer schrumpft immer schneller – Geodäten der TUD werten Satellitendaten für internationale Studie aus
11.12.2019 | Technische Universität Dresden

nachricht Zukunft der Meeresspiegel
11.12.2019 | Deutsches Klima-Konsortium e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Im Focus: Ultrafast stimulated emission microscopy of single nanocrystals in Science

The ability to investigate the dynamics of single particle at the nano-scale and femtosecond level remained an unfathomed dream for years. It was not until the dawn of the 21st century that nanotechnology and femtoscience gradually merged together and the first ultrafast microscopy of individual quantum dots (QDs) and molecules was accomplished.

Ultrafast microscopy studies entirely rely on detecting nanoparticles or single molecules with luminescence techniques, which require efficient emitters to...

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Hefe-Spezies in Braunschweig entdeckt

12.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Humane Papillomviren programmieren ihre Wirtszellen um und begünstigen so die Hautkrebsentstehung

12.12.2019 | Medizin Gesundheit

Urbane Gärten: Wie Agrarschädlinge von Städten profitieren

12.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics