Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Wissen Vulkan recycelt Eruptionsgestein

Vulkan recycelt Eruptionsgestein

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 28.06.2016 18:23

Der Ballungsraum Neapel ist mit mehr als drei Millionen Einwohnern die am dichtesten besiedelte Vulkanregion der Erde. Es ist weniger der bedrohlich aufragende Vesuv, der den Experten Sorgen macht, sondern vielmehr die benachbarten Phlegräischen Felder, Europas einziger Supervulkan. Auf dem Symposium der Tiefbohrprogramme in Heidelberg und der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in Wien waren die Felder daher ein Thema.

Eine der Schwefelquellen der kampanischen Solfatara nordwestlich von Neapel. (Bild: Norbert Nagel/Wikimedia Commons)Die Phlegräischen Felder bei Neapel geben den Geowissenschaftlern weiterhin Rätsel auf. „Die Magmenschübe sind in der Sauerstoffisotopen-Zusammensetzung ungewöhnlich schwer. Die Frage ist, woher dieses Signal kommt“, sagte der Geochemiker Gerhard Wörner auf dem Tiefbohrsymposium in Heidelberg. Sauerstoff kommt wie viele Elemente in unterschiedlich schweren Spielarten vor, deren Gewicht durch die Zahl der Neutronen im Atomkern bestimmt wird. Wörners Arbeitsgruppe an der Universität Göttingen nutzt diese Gewichtsunterschiede, um die Geschichte des Vulkans zu rekonstruieren, der seit 60.000 Jahren unter dem Golf von Pozzuoli brodelt. Die Geochemiker haben dazu ein umfangreiches Probenarchiv aus den zwei großen Eruptionen zusammengetragen, die ihre Spuren in großen Teilen Süditaliens und im angrenzenden Mittelmeerraum hinterlassen haben.

Sicht auf die Phlegräischen Felder. (Bild: INGV)Etwas anderes bleibt den Forschern derzeit kaum, denn die Hauptmagmakammer liegt in 20 bis 30 Kilometer Tiefe. „Davon sehen wir mit seismischen Methoden nicht allzu viel“, sagt Wörner. Allerdings gehen die Vulkanologen davon aus, dass von diesem großen Reservoir Kanäle zu einer kleineren Kammer in fünf Kilometer Tiefe emporführen, über die Magmennachschub für die Ausbrüche aufsteigt. Doch all das kann nicht erklären, warum sowohl der kampanische Ignimbrit, der vor 39.000 Jahren ausgeworfen wurde, als auch der 15.000 Jahre alte gelbe neapolitanische Tuff so schwere Sauerstoffisotope aufweisen. Meterdick bedeckten die Ascheschichten nach diesen beiden größten Ausbrüchen den weiten Umkreis. In der Umgebung Neapels waren speziell die Lagen des gelben Tuffs so dick, dass sie problemlos den Baustoff für die barocke Umgestaltung der Stadt liefern konnten.

Die Ausbrüche müssen daher noch aus einer anderen Quelle gespeist worden sein, und die könnte an der Oberfläche liegen. „Das Magma“, sagt Wörner, „hat im Grunde genommen seine eigene Produkte aus früherer Zeit wieder verdaut.“ Jeder der beiden Ausbrüche war so gewaltig, dass hinterher das Dach der oberen Magmakammer einstürzte und sich ein Kessel, eine Caldera, bildete. Im Fall der Phlegräischen Felder ist diese Caldera rund 15 bis 20 Kilometer groß und liegt zum Teil unter dem Meeresspiegel. Heutzutage beträgt der untermeerische Teil des Vulkankraters etwa ein Drittel. Hier hat sich in diesem untermeerischen Teil im Lauf der Jahrtausende ein dickes Sedimentpaket auf die Tufflagen von vor 15.000 Jahren abgelagert. „Wahrscheinlich ist die Caldera mit einem Kilometer Sediment gefüllt“, sagt Lena Steinmann, Doktorandin an der Universität Bremen, die an der jüngsten seismischen Vermessung der Caldera teilgenommen hat.

Caldera entstand durch zwei Eruptionen


Im Februar 2016 hat eine deutsch-italienische Schiffsexpedition den Meeresboden im Bereich der Caldera bis in gut zwei Kilometer Tiefe seismisch untersucht. „Es ist wahrscheinlich, dass die Caldera durch zwei Eruptionen entstanden ist, denn man sieht zwei verschiedene morphologische Strukturen“, so Steinmann, die die Daten in Heidelberg vorstellte. Danach hat die Eruption vor 15.000 Jahren einen etwas flacheren und kleineren Krater in eine Struktur gerissen, die ausgedehnter ist und überdies bis in 1,5 Kilometer Tiefe reicht. „Das könnte dann zu der früheren Eruption gehören“, erläuterte die Bremer Doktorandin. Beide Krater füllten sich nach der Eruption mit Sedimenten.

Eine Fumarole in der kampanischen Solfatara. (Foto: Flickr/Julia Janßen)Steinmanns Daten liefern den Geochemikern um Gerhard Wörner eine Spur, woher der schwere Sauerstoff kommen kann: aus dem Meerwasser. Der deutsche Geochemiker geht davon aus, dass das, was Steinmann und ihre Kollegen im Fall der aktuellen Caldera gemessen haben, auch für die früheren Vulkankrater gilt. Das Wasser dringt tief in Sand, Schlick und Tuffgestein ein und reagiert mit ihm. „Durch diesen Austausch mit dem Meerwasser kann sich das Gestein diese schwere Sauerstoff-Signatur aneignen“, so Wörner. Offenbar reagiert der Tuff bevorzugt mit dem schwereren Sauerstoffisotop aus dem Wassermolekül. Wenn die Temperaturen im Untergrund ansteigen, weil ein neuer Magmaschub vom Erdmantel eingedrungen ist, werden die vom Meerwasser veränderten Tuffe aufgeschmolzen und in das Magma der Kammer integriert. „Dann“, so Wörner, „kann das neue Magma diese spezielle Signatur bekommen.“

Noch ist es nur eine Idee, von der nicht klar ist, ob sie physikalisch möglich ist. „Die Signatur erfordert wahrscheinlich grob geschätzt, dass 50 Prozent des Materials aus aufgeschmolzenem Tuff bestehen müssen“, so Wörner. Der Magmapuls von unten müsste ungewöhnlich heiß gewesen sein, um beim Aufschmelzen einer solchen Menge von festem Gestein nicht selbst bis an die Grenze der Erstarrung abzukühlen. Wörner und seine Kollegen müssen jetzt erst einmal kalkulieren, ob das überhaupt möglich ist.

Sensorüberwachung unter Wasser


Mittlerweile ist auch das Überwachungssystem der Phlegräischen Felder vervollständigt worden, jetzt deckt es auch den marinen Teil der Caldera ab. „In den vergangen Wochen haben wir drei Bojen eines neuen Netzes installiert, deren Messdaten von der Qualität her vergleichbar sind mit denen des landgestützten Netzes“, erklärte Giovanni Iannaccone, Wissenschaftler am Vesuvianischen Observatorium des Italienischen Instituts für Geophysik und Vulkanologie in Neapel, im April auf der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in Wien. Das Observatorium beobachtet und erforscht seit seiner Gründung 1841 die Vulkane rings um Neapel und betreibt seit Jahrzehnten Messstationen auf dem terrestrischen Teil der Phlegräischen Felder. Die drei Unterwasserbojen ergänzen das Netz jetzt auch im marinen Drittel der Caldera. Sie sind fest mit dem Meeresboden verbunden und mit Seismometern, Drucksensoren, Hydrophonen und hochpräzisen GPS-Empfängern ausgerüstet - all das soll die Bodenbewegungen unter Wasser sichtbar machen. Ihr Zweck ist nicht rein wissenschaftlich, denn der Ballungsraum Neapel ist das am dichtesten bewohnte aktive Vulkangebiet der Welt. „Mehr als 200.000 Menschen wohnen in der Caldera der Phlegräischen Felder“, erklärt Iannaccone.

Blick auf die Phlegräischen Felder. (Bild: NASA) Für die Vulkanologen und die Zivilschutzbehörden ist die Bedrohung durch die Phlegräischen Felder wesentlich akuter als durch den Vesuv. Sie sind dichter besiedelt und zeigen derzeit auch größere Aktivität. Mit den drei Bojen im Meer und insgesamt 16 Sensorstationen an Land kann diese Aktivität genau beobachtet werden. Schließlich hat der Vulkan nach einhelliger Expertenmeinung die Fähigkeit zu großen Eruptionen keineswegs verloren.