Die Gasüberwachung auf Vulkanfeldern außerhalb von Neapel deckt mehrere Quellen von Kohlendioxidemissionen auf

Die phlegräischen Vulkanfelder westlich von Neapel, Italien, gehören zu den acht größten Emittenten von vulkanischem Kohlendioxid weltweit. Seit 2005 gibt der Solfatara-Krater – eine von vielen kreisförmigen Vertiefungen in der Landschaft, die durch eine lange Geschichte von Eruptionen hinterlassen wurden – erhöhte Gasmengen ab.

Heute emittiert es jeden Tag 4.000 bis 5.000 Tonnen Kohlendioxid, was den Emissionen beim Verbrennen von etwa 500.000 Gallonen Benzin entspricht. In einem neuen Papier, das vor Drucklegung in veröffentlicht wurde Geologieschätzen Forscher, dass bis zu 20–40 % der derzeitigen Kohlendioxidemissionen aus der Auflösung von Calcit in den Gesteinen stammen, während 60–80 % aus unterirdischem Magma stammen.

„Die Schätzung der Kohlendioxidquelle ist wichtig, um richtig zu rekonstruieren, was im magmatischen System und im hydrothermalen System passiert“, sagt Gianmarco Buono, Vulkanologe am italienischen Nationalinstitut für Geophysik und Vulkanologie und Hauptautor der Studie. „Unser Ziel ist es, ein Werkzeug bereitzustellen, um den Beitrag von magmatischem und nicht-magmatischem Kohlendioxid besser zu unterscheiden, das auch auf andere Systeme angewendet werden kann.“

Wenn sich Magma in Richtung der Erdoberfläche bewegt, führt der abnehmende Druck auf das Magma zu einer Entgasung – der Freisetzung von Gasen, die zuvor im Magma eingeschlossen waren – einschließlich Wasserdampf, Kohlendioxid und Schwefeldioxid. Wissenschaftler überwachen Vulkane anhand einer Vielzahl von Beobachtungen auf Unruhen und mögliche Ausbrüche – sie erkennen Erdbeben und Erschütterungen im Zusammenhang mit Magmabewegungen, führen detaillierte Messungen der Bodenverformung durch und bewerten die Arten und Mengen von Gasen, die an der Oberfläche aus Fumarolen freigesetzt werden, die Öffnungen im Vulkan sind Erde, die Dampf und andere Gase abgeben.

Eruptionen gehen oft erhöhte Gasflüsse voraus, aber das bedeutet nicht, dass jeder Erhöhung der Gasemissionen eine Eruption folgt. Es ist auch möglich, dass Kohlendioxid aus anderen Quellen als Magma stammt. Auch die Wechselwirkung zwischen heißen unterirdischen Flüssigkeiten und Wirtsgesteinen kann Kohlendioxid freisetzen.

Das Italienische Nationale Institut für Geophysik und Vulkanologie überwacht seit 1983 die Gasemissionen aus dem Solfatara-Krater und liefert eine lange Aufzeichnung der Volumen- und Zusammensetzungsänderungen der dort freigesetzten Gase. Durch den Vergleich der Verhältnisse von Stickstoff, Helium und Kohlendioxid in den Emissionen hatten die Forscher zuvor festgestellt, dass die Gase aus tiefen Magmaquellen stammten.

„Wir haben uns hauptsächlich auf geochemische Variationen konzentriert, insbesondere für Kohlendioxid, Helium und Stickstoff, da es sich um nicht reaktive Spezies handelt. Sie enthalten Informationen darüber, was im Magma passiert“, erklärt Buono.

Als die Region jedoch 2005 zunehmende Unruhen erlebte, begannen die Daten von den chemischen Fingerabdrücken der Magmen abzuweichen, ein Trend, der sich im Laufe der Zeit zusammen mit steigenden Temperaturen im flachen hydrothermalen System weiter verstärkte. Die Unruhen gingen weiter, und 2012 wurde die Alarmstufe von grün auf gelb angehoben, was darauf hinweist, dass es erhöhte Aktivitäten gibt, aber keine unmittelbare Gefahr eines Ausbruchs.

Neben kleinen Erdbeben und höheren Gasemissionen kam es in der Region auch zu Verformungen der Erdoberfläche. Die Zirkulation heißer Flüssigkeiten im Untergrund könnte die steigenden Temperaturen, die Bodenverformung und die erhöhten Gasemissionen erklären – die Wechselwirkung heißer saurer Flüssigkeiten mit Calcit im Gestein setzt ebenfalls Kohlendioxid frei.

Bohrkerne des Gesteins aus früheren Studien zeigen, dass Calcit im Gestein eine ähnliche Zusammensetzung wie die Gasemissionen hat. Die Forscher schätzen, dass 20–40 % des Kohlendioxids am Standort des Solfatara-Kraters auf die Entfernung des Kalzits im Wirtsgestein zurückzuführen sind.

Die Phlegräischen Felder haben seit ihrem ersten Ausbruch vor etwa 40.000 Jahren, mit dem letzten Ausbruch im Jahr 1538, vulkanische Aktivitäten beherbergt. Seit den 1950er Jahren gab es mehrere Unruhephasen. Die aktuelle Forschung ist Teil eines strategischen Projekts des italienischen Nationalinstituts für Geophysik und Vulkanologie, LOVE-CF: Linking surface Observables to sub-Volcanic plumbing-system: a multidisciplinary approach for Eruption previewing at Campi Flegrei caldera (Italien).