Vulkanismus – Stotternde Magma lässt Erde beben

Lavadome gehören zu den gefährlichsten und unberechenbarsten vulkanischen Phänomenen: Sie entstehen, wenn sich bei einer Eruption sehr zähflüssiger Lava eine hügelförmige Erhebung bildet, die den Vulkanschlot wie ein Pfropfen verschließt.

Steigt der Druck im Inneren des Vulkans an, kann der Lavadom explosionsartig bersten. Oft werden dombildende Eruptionen durch viele kleine Erdbeben begleitet; gut dokumentiert ist dies etwa am Mount St. Helens in den USA. „Der Ursprung dieser seismischen Aktivität, die immer vom selben Ort im Aufstiegskanal der Magma auszugehen scheint, war bisher allerdings ungeklärt“, sagt Professor Donald Dingwell, Direktor des Departments für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU.

Im Rahmen einer internationalen Kooperation untersuchte Dingwell nun gemeinsam mit englischen, japanischen und italienischen Kollegen, was dieses Trommeln aus der Tiefe auslöst. Einen ersten Hinweis auf die Vorgänge im Aufstiegskanal der Magma brachten sogenannte Pseudotachylite auf der Oberfläche eines Lavadoms am Mount St. Helens: Dieses Gesteinsglas entsteht durch Reibungswärme an Störungsflächen – es muss also immer wieder zu stärkerer Reibung zwischen der Magma und dem umgebenden Gestein oder zwischen Magmablöcken gekommen sein.

Erfolgreiche Simulation im Labor

„In unseren Laboren ist es nun mithilfe neuer technischer Möglichkeiten erstmals gelungen, diesem Phänomen auf die Spur zu kommen“, erklärt Dingwell. Die Wissenschaftler untersuchten Lavaproben zweier vulkanischer Dome und konnten zeigen: In einem Lavadom steigt die Magma nicht gleichmäßig auf, sondern sie gerät immer wieder ins Stottern.

In bestimmten Bereichen des Aufstiegskanals entsteht so viel Reibungswärme, dass sich die Fließeigenschaften der Magma ändern. Die entstehende Schmelze kann als zähflüssige Bremse wirken, die den Aufstieg stoppt – bis genügend Druck vorhanden ist, dass die Magma sich löst und ruckartig weitergleitet.

„Dieses Ruckgleiten, bei dem die Magma wieder und wieder an derselben Stelle abreißt, konnten wir in unseren Laboren eindeutig nachweisen“, betont Dingwell, „damit haben wir die Ursache der bisher rätselhaften schwachen Erdbeben gefunden, die beim Entstehen eines vulkanischen Doms beobachtet werden“.

Für die Zukunft hoffen die Wissenschaftler, dass ihre Erkenntnisse dazu beitragen, neue Eruptionen besser vorhersagen und deren Gefahrenpotenzial einschätzen zu können.
(Nature Geoscience 2014) göd

Publikation:
Volcanic drumbeat seismicity caused by stick-slip motion and magmatic frictional melting
Kendrick, J. E., Lavallée, Y., Hirose, T., Di Toro, G., Hornby, A.J., De Angelis, S. and Dingwell, D.B.
Nature Geoscience 2014
Doi: 10.1038/ngeo2146

Kontakt:
Prof. Dr. D. B. Dingwell
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E-Mail: dingwell@lmu.de
http://www.mineralogie.geowissenschaften.uni-muenchen.de/personen/head/dingwell/…