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Schlafender Drache

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 03.01.2012 18:51

Yellowstone ist der älteste Nationalpark der USA. Seine zahllosen Geysire und heißen Quellen locken jedes Jahr Millionen von Touristen an. Aber so beeindruckend Old Faithful und seine "Kollegen" auch sind, sie sind nur die exotischen Erscheinungen eines viel größeren Systems. Unter Yellowstone "schläft" ein Supervulkan, der allein in den vergangenen 2,1 Millionen Jahren dreimal gezeigt hat, wozu er fähig ist - und niemand weiß, ob dieser im Untergrund verborgene Riese nicht eines Tages wieder zum Leben erwachsen kann.

Die Hauptattraktion im Yellowstone Nationalpark: Old Faithful (Bild: Holger Kroker).Old Faithful ist wohl der bekannteste Geysir der Welt: Etwa 90 Minuten stößt er nichts als Dampfwolken aus, röchelt und zischt vor sich hin. Dann plötzlich schießt eine heiße Wasserfontäne in den Himmel, bis zu 50 Meter hoch. Drei, vier Minuten lang verausgabt sich Old Faithful, dann bricht die Fontäne wieder in sich zusammen, und für weitere 90 Minuten dampft, gurgelt und röchelt es wieder. In der Saison verfolgen täglich Tausende von Menschen dieses Schauspiel. Dann besetzen sie schon lange vor dem nächsten Ausbruch die Bänke, die im Halbkreis um den Geysir wie in einem Amphitheater aufgebaut worden sind. Wer nicht so nahe dabei sein möchte, lässt sich auf dem Picknick-Areal dahinter nieder, oder verfolgt das Geschehen durch die Panorama-Fenster der Old Faithful Lodge hindurch. Wer zu spät kommt, schaut sich erst einmal im Besucherzentrum um und informiert sich über den Zeitpunkt der nächsten Eruption.

Karte des Yellowstone Nationalparks mit der Caldera der großen Supereruption (Grafik: NPS).Die kann - bis auf wenige Minuten genau - vorhergesagt werden. Denn Old Faithful ist - wie es sein Namen schon andeutet - zuverlässig. Ansonsten ist er weder der größte noch schönste Geysir im Yellowstone Nationalpark, sondern einer von sehr vielen: Nirgends auf der Welt sprudeln mehr heiße Quellen, Geysire und kochende Schlammtöpfe als auf den rund 900.000 Hektar des Yellowstone Nationalparks: Rund 10.000 sind es, und sie stehen weltweit für 62 Prozent aller heißen Quellen an Land. Der Grund: Unter Yellowstone schläft ein "Supervulkan" gegen den Ätna oder Pinatubo nur wie Feuerchen wirken. "Geologisch" ausgedrückt: Die Ausbrüche von Yellowstone können so gewaltig sein, dass sie auf der Intensitätsskala vulkanischer Eruptionen mit 8 die höchste Stufe erreichen.

Supervulkan im Herzen der USA

Mit Satelliten-Radar kann man das Bodenprofil der Yellowstone-Caldera herausarbeiten (Grafik: USGS).Brechen solche Vulkane aus, entstehen keine vulkanischen Berge, sondern gigantische Einsturzkrater, sogenannte Calderen. Der Theorie zufolge beginnt ein solcher "Superausbruch", wenn in einer monströsen Magmakammer von vielen Kilometern Durchmesser Magma so weit aufsteigt, dass erste Risse zur Oberfläche durchschlagen. Über die dringt glutflüssiges Gestein an die Oberfläche: Die Austrittsstellen reißen auf, vereinen sich zu einem Ring, Asche und Gas schießen heraus. Die Erdkruste über der Magmakammer verliert den Zusammenhalt, stürzt ein. Der Kollaps presst noch mehr Lava und Gas heraus - und was bleibt, ist eben der Krater. Yellowstone ist keineswegs der einzige Supervulkan: Allein in den vergangenen zwei Millionen Jahren hat sich beispielsweise auch der Taupo auf Neuseeland in die höchste Klasse der Vulkanausbrüche gesprengt, das Long Valley in Kalifornien - und vor allem der Toba auf Sumatra. Sein Ausbruch vor 75.000 Jahren war noch etwas größer als der größte von Yellowstone. Der Menschheit kann wenig Dramatischeres zustoßen als der Ausbruch eines Supervulkans, der Hunderte, ja Tausende Kubikkilometer Lava zerstäubt und mit Überschallgeschwindigkeit hoch hinauf in die Atmosphäre schleudert, halbe Kontinente unter Asche begräbt und mit Staub und Aerosolen das Klima aus den Fugen hebt.  Vergleichen lässt sich seine Gewalt nur mit dem Einschlag eines Asteroiden - allerdings sind Eruptionen deutlich häufiger.

Der Dampfschiff-Geysir kann bis zu 100 Meter hohe Fontänen produzieren (Bild: Holger Kroker).Die Geschichte Yellowstone begann vor 17 Millionen Jahren mit dem Ausbruch des Columbia Plateau-Basalts. Mehr als 700 Kilometer vom heutigen Nationalpark entfernt rissen damals Tausende von Erdspalten auf, machten den Weg frei für gewaltige Flutbasalte, die Berge und Täler unter sich begruben: Lavaströme ergossen sich über das Land, breiteten sich Hunderte von Kilometern weit aus. Noch heute bedecken die Basaltdecken weite Teile der Bundesstaaten Washington, Oregon und Idaho: Mit ihnen machte sich erstmals die besondere Struktur bemerkbar, über der heute Yellowstone liegt - ein Plume. "Solche Plumes gibt es nicht nur hier", erklärt Bob Smith, emeritierter Geophysik-Professor an der Universität von Utah in Salt Lake City. Er ist der beste Kenner des Supervulkans und leitet das Yellowstone Observatorium. "Plumes sollen auch unter Hawaii oder Island aufsteigen, und sie sollen auch den Eifelvulkanismus antreiben."

Schneidbrenner aus dem Erdinneren

In einem Plume dringt eine "Säule" aus ultraheißem Gestein wie ein gewaltiger Schneidbrenner durch den Erdmantel auf. Gelangt er erstmals in Oberflächennähe, breitet er sich pilzförmig aus: Ein gigantisches Magmareservoir entsteht, das die für einen Flutbasalt notwendigen ungeheuren Lavamassen fördern kann. Ist diese erste Phase vorüber, speist der "Stiel" einen anderen Vulkanismus - den der Hotspots, der heißen Stellen. Der Theorie nach sollen ein Plume im Erdmantel recht ortsfest sein, so dass er sich gegen die Konvektionsströmungen der Plattentektonik durchsetzen muss: Die wälzen permanent den Erdmantel um und ziehen dabei die Erdkrustenplatte an der Oberfläche mit sich. Weil die Erdkrustenplatte über ihn hinwegzieht, brennt er von unten immer neue Löcher in sie hinein. Im Fall von Hawaii entstehen ganze Ketten von Vulkanen, die aus dem Meer auftauchen und wieder darin versinken. Und im Fall von Yellowstone ziehen sich Einsturzkrater, die Calderen, durch den Westen der USA, erzählt Bob Smith: "In Hawaii oder Island schmelzen die Hotspots die Meereskruste auf, und die besteht aus Basalt. Basalt schmilzt recht bereitwillig, und wenn man die TV-Bilder aus Hawaii betrachtet, sieht man, dass er als Lava fast wie Wasser strömt. Diese Ausbrüche sind nicht sonderlich explosiv." In Yellowstone aber ist das anders. Dort bricht rhyolithisches Magma aus, ein Magma, das sehr viel mehr Silizium, Aluminium und Kalium enthält als Basalt. Es entsteht, weil der Plume auf einen Kontinent trifft, also von unten her kontinentale Kruste aufschmilzt, und die besteht aus Granit, der sich ganz anders verhält als Basalt: "Rhyolithisches Magma ist Millionen Mal zähflüssiger als basaltisches", erklärt Bob Smith weiter, "Dampf und Gas können nicht entweichen. So bauen sich sehr, sehr hohe Drücke und Temperaturen auf, weshalb diese Ausbrüche gewaltsamer und gefährlicher sind."

Die größte heiße Quelle im Yellowstone Nationalpark ist Mammoth Hot Spring im Norden (Bild: Holger Kroker).Als 1807 der Trapper John Colter in das Gebiet des heutigen Nationalparks kam, ahnte er nicht, was sich im Untergrund verbarg. Zwar war die Region geologisch so aktiv, dass sie seit rund 100 Jahren überwacht wird. Aber was die wahre Ursache der Erdbeben, heißen Quellen, Geysiren und Fumarolen ist, das erkannten die Geologen erst sehr viel später. Weil der Hotspot von Yellowstone im Lauf von 17 Millionen Jahren bei Super-Eruptionen rund 140 Calderen einbrechen ließ und der jüngste Ausbruch 640.000 Jahre zurückliegt, ist die Frage, ob und, wenn ja, wann Yellowstone sich wieder regen wird. Und weil sich der schlafende Riese immer wieder mit Bebenschwärmen und Geländedeformationen in die öffentliche Aufmerksamkeit manövriert, wird Yellowstone inzwischen intensiv überwacht, erklärt Nationalparkgeologe Henry Haesler: "Wir überwachen Yellowstone mit einem sehr guten seismischen Netzwerk. Wir beobachten es mit Hilfe von GPS und messen so die kleinsten Geländeveränderungen. Es gibt Sensoren, die die Temperatur der heißen Quellen und des Untergrunds messen, die Zusammensetzung der vulkanischen Gase und Wässer. Wir messen die Wasserpegel und seit 2007 in Bohrlöchern die Verformung des Untergrunds. Unsere Daten veröffentlichen wir im Internet. Sie verändern sich von Tag zu Tag, manchmal von Stunde zu Stunde."

Derzeit keine auffällige Aktivität

Henry Heasler ist der Parkgeologe von Yellowstone (Bild: Holger Kroker).Nein, derzeit gebe es keine Anzeichen für ungewöhnliche Aktivität, urteilt Heasler. Dafür sind inzwischen viele Details über den Supervulkan von Yellowstone bekannt. Dabei lieferten Erdbebenwellen wichtige Informationen darüber, was sich viele Kilometer tief im Inneren der Erde abspielt, erklärt Bob Smith: "Nach allem, was wir wissen, ist Yellowstone mit seinen rund 100 Kilometern Größe an der Oberfläche nur ein Teil einer sehr viel größeren Anomalie im oberen Erdmantel, die 480 Kilometer weit wird und weit über Yellowstone hinausreicht." Die Tomographie verrate auch, dass Yellowstone aus zwei Teilen besteht: "Der Vulkanismus stammt aus einem flachen Reservoir in der Erdkruste, das auch die Hitze für die Geysire liefert. Diese Magmakammer ist sehr flach, liegt zwischen zehn und 20 Kilometern Tiefe. Sie bekommt wahrscheinlich konstant Nachschub vom eigentlichen Plume, der aus dem Erdmantel aufsteigt. Seine Oberfläche liegt in rund 80 Kilometern Tiefe, also mindestens 60 Kilometer tiefer als die Magmakammer selbst."  

Diese Magmakammer ist ein schwammartiges Gebilde aus festem Gestein mit zehn oder 15 Prozent Schmelze. Dass sie so flach ist, gilt als Voraussetzung für eine katastrophale Eruption, bei der ein 50, 60, 80 Kilometer großer Einsturzkrater zurückbleibt. Beim Plume selbst gab es eine Überraschung. Bob Smith: "In den meisten Lehrbüchern werden Plumes als vertikale Säule dargestellt, die tief aus dem Erdmantel aufsteigt. Wir können den Yellowstone Plume derzeit bis in eine Tiefe von 700 Kilometer verfolgen - aber er ist mit etwa 60 Grad nach Südosten geneigt." Der Grund für diese Neigung: Der Plume, der aussieht wie ein schiefer Tornado, reagiert auf die plattentektonischen Konvektionsströmungen im Erdmantel.

Die farbenprächtigste Quelle im Yellowstone Nationalpark ist die Grand Prismatic Spring, und eine der heißesten dazu (Bild: Holger Kroker).Eine weitere Überraschung enthüllten elektromagnetische Messungen, die im Rahmen des Earth-Scope-Projekts durchgeführt wurden, bei dem der gesamte Untergrund der Vereinigten Staaten durchleuchtet wird. Michael Zhadanov von der Universität von Utah in Salt Lake City: "Ich habe die Daten der magnetotellurischen Stationen interpretiert. Diese Stationen messen die elektromagnetischen Felder, die durch den Einfluss der Sonne auf die Magnet- und Ionosphäre der Erde entstehen." Die Längstwellen, die dabei entstehen, dringen Hunderte von Kilometern in den Untergrund ein und liefern Informationen über die tiefen geologischen Strukturen. Und so lässt sich um den geneigten Plume eine Zone erkennen, die ihn wie ein Schal umgibt: "Wir fanden in 200 bis 250 Kilometern Tiefe einen bananenförmigen, sehr leitfähigen Körper. Diese rote Zone hier, das ist das leitfähige Material. Die physikalisch einzig mögliche Erklärung ist, dass wir es mit einem heißen, teilweise geschmolzenen Material und salzhaltigen Wässern zu tun haben. Die erhöhen die Leitfähigkeit noch." Den eigentlichen Plume umgibt also eine weite Hülle aus teilgeschmolzenem Gestein vermischt mit heißer Sole. Das bedeutet, dass der Zufluss von Magma unter Yellowstone vermutlich größer ist als gedacht.

Peter Cervelli gehört zur Vulkanologen-Gruppe des USGS, die den Yellowstone-Vulkan überwacht (Bild: Kroker).Die La Hardy Stromschnellen am Yellowstone River. Im Sommer, wenn die Sonne heiß brennt, sind die Tische und Bänke im Schatten des Waldes ein beliebter Picknickplatz. Jetzt gehören sie den Eichhörnchen. Für Geophysiker hat diese Stelle eine ganz besondere Bedeutung, erzählt Peter Cervelli vom USGS: "Als die Kollegen hier die Verformungen des Untergrunds gemessen haben, stellten sie fest, dass die höchsten Hebungsbeträge immer genau hier auftraten, an den La Hardy Stromschnellen. Wenn Sie also nur einen Schnappschuss der Deformationen messen sollen, dann wären Sie hier, wo wir sitzen, genau richtig." Das hat nichts mit den Stromschnellen zu tun, sondern damit, dass sich der Fluss sein Bett an dieser Stelle entlang der Achse zwischen zwei besonderen Zonen gesucht hat: dem Sour Creek Dome und dem Mallard Lake Dome. Beide Hügel entstanden, weil unter ihnen die Magmakammer sozusagen "Finger" aus geschmolzenem Gestein nach oben streckte und die Erdkruste aufwölbte. Falls Yellowstone wieder explodiert, gelten diese beiden Dome als potentielle Ausbruchszentren. "Meiner Meinung nach kennt niemand die genauen Ursachen dieser Bewegungen des Untergrunds", erklärt Peter Cervelli, "es könnte sein, dass frisches Magma in die Magmakammer gepresst wird oder dass das Magmavolumen gleich bleibt, aber mehr Gas austritt und sich anreichert. Oder dass die Temperatur des Untergrunds variiert und sich die Kruste ausdehnt, weil es wieder einmal wärmer wird. All das ist als Ursache der Hebungen und Senkungen vorgeschlagen worden." Die Forschung in Yellowstone soll Klarheit bringen - um Vorhersagen über Ausbrüche wagen zu können.

Viele Geysire sind direkt an den Flüssen des Yellowstone Parks aktiv (Bild: Holger Kroker).Denn Yellowstone ist mehr als nur die drei gewaltigen Eruptionen vor 2,1 Millionen Jahren, vor 1,3 Millionen und vor 640.000 Jahren, die zu den schwersten Vulkanausbrüchen überhaupt gehören, erläutert Bob Smith: "Zwischen diesen großen Ausbrüchen gibt es viele kleinere, die die alte Caldera mit der Zeit wieder füllen. Auch dabei werden also gewaltige Magmamengen gefördert. Allein seit dem jüngsten Superausbruch hat es 50 oder 60 kleinere Eruptionen gegeben, die so heftig werden konnten wie die des Pinatubo 1991." Diese kleineren Ausbrüche sind also sehr viel häufiger- und sie sind keineswegs harmlos, können weite Landstriche verwüsten. Peter Cervelli ist überzeugt: "Wir haben mit Yellowstone ein sehr aktives Vulkansystem vor uns, das momentan jedoch keine Lava an der Oberfläche produziert." Der Geophysiker  kommt regelmäßig mit seiner Crew ins Norris-Geysir-Becken, um die Mess-Stationen zu überprüfen.

Yellowstone wird intensiv überwacht

Das Norris Geysir Becken ist besonders aktiv (Bild: Holger Kroker).Gerade wird der Vixen-Geysir aktiv. Eine Weile wallt das Wasser wie im Kochtopf, dann schießt eine mannshohe Fontäne empor, die nach ein paar Minuten gurgelnd im Untergrund verschwindet. Heute lässt sich der kleine Geysir gefahrlos beobachten. Zwischen 2002 und 2003 war das anders. Damals schien Norris verrückt zu spielen: Geysire, die seit Jahren ruhig gewesen waren, brachen plötzlich aus, andere waren viel aktiver als zuvor, wieder andere förderten plötzlich Dampf. Im Untergrund musste etwas vor sich gehen: "Das Norris-Geysir-Becken liegt zwar außerhalb der Caldera des jüngsten Mega-Ausbruchs vor 640.000 Jahren, aber das Gebiet ist höchst interessant: Es senkt sich, wenn sich die Caldera hebt - und umgekehrt. Warum, wissen wir nicht so genau. Wir wissen noch nicht einmal genau, warum sich Norris überhaupt verformt. Jedenfalls setzt Norris sehr viel vulkanische Hitze frei - aber eigentlich erwarten wir eine so hohe Aktivität nur direkt in der Caldera." Norris sei schon etwas rätselhaft. fügt der Geophysiker an. Die GPS-Daten verraten, dass Hebungs- und Senkungstrends innerhalb einer Woche wechseln können: "Manche Forscher spekulieren, dass unter Norris ein kleiner Magmakörper ist, der mit dem Hauptkörper unter der Caldera verbunden ist - allerdings nur episodisch: Die Caldera dehnt sich aus, weil der Druck im Untergrund steigt, etwa wenn Magma eindringt. Das stößt im Untergrund auf eine Barriere, vielleicht einen alten Lavastrom, und weicht horizontal in das Norris-Becken aus. Dadurch wird die Caldera entlastet, sie sinkt, während sich Norris hebt. Norris würde dann auf etwas reagieren, was in der Caldera passiert."

Knapp unterhalb des Siedepunktes tritt das Wasser der Emerald Spring im Norris Geysir Basin an die Oberfläche (Bild: Holger Kroker).Erdbeben begleiten diese Verformungen. Sie könnten wie eine Schleuse wirken, die den Magma-Fluss öffnet oder schließt. Solche Erdbebenschwärme zählen bei aktiven Vulkanen zu den Warnhinweisen, denn bewegen sich im Untergrund Magmen, Flüssigkeiten oder Gase, dann ändern sich Druck und Stress auf kurze Distanz - und das löst Erdbeben aus. Mehrere Hundert spürbar starke Beben am Tag gelten als beunruhigendes Signal - vor allem für Dampfexplosionen, die unerwartet ausbrechen und Menschenleben gefährden können. "Die Schwärme tauchen auf, werden stärker und stärker wie bei einem Crescendo im Orchester, dann sterben sie nach Tagen oder Wochen ohne einen Hauptschock ab. So gab es 2008 einen Bebenschwarm am Yellowstone See. Wir betrachten diese Bebenschwärme inzwischen mehr und mehr als Indikatoren, die uns unterirdische Bewegungen von Magma oder Gas anzeigen", erklärt Bob Smith. Für ihn ist Yellowstone eine lebende, atmende, zitternde Caldera.

Vulkan vielleicht zu kalt für Supereruption

Das Untere Geysir-Becken in Yellowstone (Bild: Holger Kroker).Doch welche Gefahr geht von ihm aus? Offen ist, ob der "Drache" nicht schon zu alt und kalt ist. Oder alles Verdauliche "gefressen" hat: Nach drei gigantischen Eruptionen könnte die Erdkruste nicht mehr genügend Magma liefern für einen vierten Supervulkanausbruch an gleicher Stelle. Aber falls Yellowstone wieder ausbricht - er oder einer der anderen Supervulkane auf dieser Erde - dann entkommt nichts einer solchen Eruption - nirgends auf der Welt: Der Schleier aus Schwefel-Aerosolen, der sich in der Stratosphäre bildet, lässt für Jahre die globale Durchschnittstemperatur um fünf, zehn, 15 Grad abstürzen. Außerdem greifen die Aerosole die Ozonschicht an, fressen Löcher in den Schutzschirm, machen ihn durchlässig für die harte UV-Strahlung der Sonne. Das alles passiert innerhalb weniger Tage. Auf einer Welt mit sieben Milliarden Menschen wäre die Katastrophe vollkommen.

Bricht ein Supervulkan aus, schießt eine überhitzte, schaumartige Masse aus Asche und Gas in die Stratosphäre. Hunderte von Quadratkilometern Land stürzen in die aufreißende Erde. Um sie herum brechen dunkelgraue Glutwolken aus, rasen über Berge und Täler, verbrennen und begraben alles unter sich. Vor zwölf Millionen Jahren, als der Yellowstone Hotspot die Bruneau-Jarbidge-Caldera aufriss, verbrannten und erstickten die glutheißen Aschewolken noch in 150 Kilometern Entfernung alles Leben. In Windrichtung tötete die Asche noch 1600 Kilometer entfernt - so etwa 200 Nashörner, deren Todeskampf an einem Wasserloch unter einer dicken Ascheschicht überliefert wurde: Sie starben langsam, als die Asche ihre Lungen füllte. Die Asche begrub sie ebenso wie die Landschaft, und sie vergiftete Gras und Wasser.

Crested Pool ist eine besonders heiße Quelle im Oberen Geysir-Becken des Yellowstone Nationalparks (Bild: Holger Kroker).Und heute? "Manche sagen: Gut, die erste Eruption von Yellowstone, bei der eine Caldera entstand, war vor 2,1 Millionen Jahren, die zweite vor 1,3 und die dritte vor 640.000 Jahren. Sie scheinen sich also alle 600- bis 700.000 Jahre zu ereignen, wir sind also dran. Aber mit nur drei Datenpunkten ist diese Aussage von der Statistik her ein wenig naiv", urteilt Peter Cervelli:  "Ist es möglich, dass Yellowstone irgendwann noch einmal ausbricht? Das halte ich sogar für sicher. Allerdings muss das keine große Eruption sein, bei der eine Caldera entsteht. Das Magmasystem unter Yellowstone ist jedoch immer noch aktiv, und es zeigt keine Anzeichen von Schwäche. Es würde mich sicherlich nicht überraschen, wenn wir in der kommenden Million Jahre eine weitere Supereruption erleben."