Ein Schrecken ohne Ende

Studie mit Heidelberger Beteiligung zeigt, dass Supervulkane auch lange nach einem Ausbruch gefährlich bleiben.

Zu den größten Katastrophen der Erdgeschichte zählen neben kosmischen Einschlägen supervulkanische Eruptionen wie die des Toba-Vulkans auf Sumatra (Indonesien) vor etwa 75.000 Jahren, deren Auswirkungen sich über ganz Südostasien und darüber hinaus erstreckten. Ausbrüche ähnlicher Größenordnungen sind nur aus Yellowstone (USA) und von wenigen weiteren Vulkanen weltweit bekannt, die innerhalb des aktuellen geologischen Zeitalters des Quartärs aktiv waren. Bisher wurde angenommen, dass sich die Biosphäre innerhalb von Jahrzehnten bis Jahrhunderten von den Auswirkungen solcher Supereruptionen erholte. Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung von Prof. Dr. Axel Schmitt vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg konnte nun am Beispiel von Toba nachweisen, dass Supervulkane auch tausende Jahre nach ihrem Ausbruch aktiv und gefährlich bleiben.

Supervulkan-Eruptionen fördern sehr große Mengen Magma an die Erdoberfläche. Dabei bricht die Erdkruste über der sich entleerenden Magmenkammer ein, sodass sich ein oft wassergefüllter Kessel – eine sogenannte Caldera – bildet. Im Fall des Toba-Vulkans ist der Caldera-See etwa 100 Kilometer lang, 30 Kilometer breit und bis zu 500 Meter tief. „Diese Ausmaße belegen die ungeheure Zerstörungskraft derartiger vulkanischer Explosionen“, erläutert Prof. Schmitt, der die Arbeitsgruppe für Isotopengeologie und Petrologie am Institut für Geowissenschaften leitet. „Durch die Freisetzung von vulkanischem Staub und Gasen kann sich zudem das Erdklima verändern – es kommt zu einem sogenannten vulkanischen Winter, der mit weiträumiger Nahrungsknappheit und Massensterben einhergehen kann.“ Wann und wie sich die großen Magmenmengen, die bei einer Supereruption gefördert werden, ansammelten und in welcher Form das Magma vor und nach einem Ausbruch vorlag, sind daher wichtige Fragen in der Vulkanforschung.

Um diesen Fragen nachzugehen, untersuchten die Wissenschaftler die Minerale Feldspat und Zirkon in Lavagestein, das nach dem Toba-Superausbruch im Innern der Caldera austrat. Anhand von radiometrischen Datierungen, die mit der Heidelberger Ionensonde – einem räumlich besonders hochauflösenden Massenspektrometer – durchgeführt wurden, gelang es, das Alter von Zirkonkristallen im Gestein zu bestimmen. Diesen und weiteren Untersuchungen zufolge blieb der Toba-Vulkan auch 5.000 bis 13.000 Jahre nach seinem Ausbruch aktiv und somit zumindest für seine nähere Umgebung gefährlich. Weitere Messungen ergaben außerdem, dass dieses Magma vergleichsweise kalt und in einem nahezu festen, gesteinsartigen Zustand an die Oberfläche gelangte. Nach Angaben der Forscher wird dieses Phänomen häufig in Kratern von Schichtvulkanen beobachtet, war in dieser Dimension bislang jedoch unbekannt. „Nach dem Toba-Ausbruch hat sich der abgekühlte Rand des zurückgebliebenen Magmas wie ein Schildkrötenpanzer aufgewölbt“, beschreibt Axel Schmitt diesen neu entdeckten Vorgang.

„Wir müssen unser Verständnis von Vulkanen diesbezüglich anpassen“, betont Prof. Dr. Shanaka de Silva von der Oregon State University (USA), der derzeit mit einem Humboldt-Forschungspreis für international führende Wissenschaftler an der Universität Heidelberg forscht. „Um eine vulkanische Eruption vorherzusagen, versuchen wir normalerweise anhand von geophysikalischen Methoden zu bestimmen, ob sich unterirdisch geschmolzenes Gestein angesammelt hat. Unsere Studie zeigt, dass Vulkane auch ausbrechen können, wenn das Magma direkt unter dem Vulkan fest ist. Das bedeutet, dass wir unsere Überwachungs- und Frühwarnsysteme für aktive Vulkane anpassen und auch ihr Gefährdungspotential anders bewerten müssen.“

Neben Axel Schmitt von der Universität Heidelberg und Shanaka de Silva waren weitere Wissenschaftler von der Oregon State University sowie von der Curtin University (Australien) und dem Geologischen Dienst von Indonesien an der Studie beteiligt. Die Forschungsergebnisse wurde in der Nature-Zeitschrift „Communications Earth & Environment“ veröffentlicht. Die Arbeiten zur Studie wurden unter anderem aus Mitteln der National Science Foundation, der Geological Society of America, des Australian Research Council sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziert.

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Originalpublikation:

A.E. Mucek, M. Danisik, S.L. de Silva, D.P. Miggins, A.K. Schmitt, I. Pratomo, A. Koppers, J. Gillespie: Resurgence initiation and subsolidus eruption of cold carapace of warm magma at Toba Caldera, Sumatra. Communications Earth & Environment (3 September 2021), https://doi.org/10.1038/s43247-021-00260-1

Weitere Informationen:

http://www.geow.uni-heidelberg.de/forschungsgruppen/schmitt/schmitt.html