Laut Ciomadul-Studie können lange ruhende Vulkane schnell und explosionsartig ausbrechen

Kann ein Vulkan nach Zehntausenden Jahren der Ruhe ausbrechen? Wenn ja, wie lässt sich das erklären und was macht Vulkanausbrüche gefährlicher?

Dies sind Schlüsselfragen bei der Bewertung der Vulkangefährdung und können auch auf scheinbar inaktive Vulkane aufmerksam machen. Selbst in einer ruhigen Ruhephase kann ein Vulkan schnell aktiv werden und sein Ausbruch kann eine bisher unbekannte Bedrohung für die Umgebung darstellen. Neue Forschungen ungarischer Wissenschaftler helfen dabei, die Anzeichen vor einem solchen Vulkanausbruch aufzudecken.

Ein Team der ELTE-Eötvös-Loránd-Universität, Institut für Geographie und Geowissenschaften, und der HUN-REN-ELTE-Vulkanologie-Forschungsgruppe untersuchten in Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaftlern aus Europa Ciomadul, den jüngsten Vulkan in der Karpaten-Pannonien-Region.

Mithilfe hochauflösender integrierter Mineraltextur- und chemischer Zusammensetzungsdaten quantifizierten sie die Bedingungen der Magmaentwicklung, rekonstruierten die Architektur des subvulkanischen Magmareservoirs, identifizierten die Eigenschaften des vorhandenen Kristallbreis und der Wiederauffüllungsmagmen, die die Eruptionen auslösten, und erklärten, warum Die vulkanische Aktivität in der letzten aktiven Periode wurde überwiegend explosiv.

Ciomadul: Ein typischer, lange ruhender Vulkan

Die Eruptionsgeschichte von Ciomadul wurde zuvor vom Forschungsteam anhand der U-Th-Pb-He-Geochronologie eines winzigen Kristalls, Zirkon, aufgedeckt. Szabolcs Harangi, Professor und Leiter des Forschungsprojekts, sagt, dass „es im fast Millionen Jahre dauernden Leben des Vulkans mehrere lange Ruhephasen gegeben hat, aber selbst nach Zehntausenden, manchmal sogar mehr als 100.000 Ruhejahren sind sie vulkanisch.“ Es kam erneut zu Ausbrüchen.“

Der bedeutendste Vulkanismus ereignete sich in den letzten 160.000 Jahren mit Ausbrüchen von Lavakuppeln vor 160.000 bis 95.000 Jahren, und dann, nach mehr als 30.000 Jahren Ruhe, kam es vor 56.000 Jahren zu erneuten Ausbrüchen.

Barbara Cserép, Ph.D. Student an der ELTE, untersucht die jüngsten Eruptionsprodukte. „Sie entstanden durch gefährlichere, explosivere Eruptionen im Vergleich zur vorherigen aktiven Episode. Daher ist es wichtig zu wissen, was der Grund für diese Änderung im Eruptionsstil war“, sagt sie. Die letzten Vulkanausbrüche ereigneten sich vor 30.000 Jahren und seitdem ruht der Vulkan wieder.

Eine Petrodetektivarbeit

Die Ursache für den Ausbruch eines Vulkanausbruchs und die Prozesse, die den Ausbruchsstil steuern, sind in den Gesteinen verborgen, die während der vulkanischen Aktivität entstanden sind. Diese können durch die detaillierte Untersuchung der gesteinsbildenden Mineralien aufgedeckt werden. Das Forschungsteam bestimmte die chemische Zusammensetzung aller Mineralphasen in den Bimssteinen, die während des explosiven Vulkanismus vor 56 bis 30.000 Jahren entstanden, oft mit hoher Auflösung vom Kristallkern bis zum Rand.

Anschließend bewerteten sie kritisch die Ergebnisse verschiedener Methoden zur Berechnung von Kristallisationstemperatur, Druck, Redoxzustand, Schmelzzusammensetzung und Schmelzwassergehalt, um die Magmabedingungen zu quantifizieren und auch einzuschränken, wie diese Kristalle in das ausbrechende Magma eingebaut wurden. Dies trug dazu bei, die Architektur des Magma-Reservoirsystems, die Prozesse, die zu Eruptionen führen, zu entschlüsseln und die explosiven Eruptionen zu erklären.

Der Schlüssel zu explosiven Eruptionen

Der Hauptakteur in dieser Petrodetektivstudie war ein Mineral namens Amphibole. „Viele Elemente können in das Kristallgitter von Amphibole eindringen, aber die Elementsubstitutionen werden stark durch die Magmabedingungen gesteuert“, erklärt Barbara Cserép.

Die chemische Zusammensetzung von Amphibole im Ciomadul-Bimsstein weist selbst in einer einzigen Probe große Schwankungen auf. Einige Amphibole stellen ein niedrigtemperaturiges, hochkristallines Magmareservoir in Tiefen von 8 bis 12 Kilometern dar, die meisten von ihnen wurden jedoch durch Wiederauffüllungsmagmen mit höherer Temperatur aus größeren Tiefen in dieses flache Magmalager transportiert.

„Im Vergleich zur vorherigen Eruptionsperiode, in der sich Lavakuppeln bildeten, enthielten diese frischen Magmen Amphibole mit einer anderen Zusammensetzung, das heißt, diese Magmen unterschieden sich geringfügig, und dies könnte eine wichtige Rolle dabei spielen, warum der Ausbruch explosiv wurde“, betont Harangi .

„Wir haben mehrere Amphibole identifiziert, deren chemische Zusammensetzung in Vulkangesteinen anderer Vulkane nicht vorkommt“, fügt Cserép als wichtiges Ergebnis der Forschung hinzu. Sie interpretierten solche Amphibole als eine frühe Kristallisationsphase in ultrawasserhaltigen Magmen, und diese wasserreichen Neubildungsmagmen könnten eine Schlüsselrolle bei der Auslösung der explosiven Eruptionen gespielt haben.

Die Zusammensetzung des äußersten Randes der Kristalle und der Eisen-Titan-Oxide lieferte Informationen über den Magmazustand unmittelbar vor den Eruptionen. Der Postdoktorand Máté Szemerédi, ein weiterer Hauptautor der Studie, sagt: „Die Zusammensetzung der Eisen-Titan-Oxide gleicht sich innerhalb weniger Tage aus, wenn sich der Magmazustand ändert; sie weisen darauf hin, dass das ausgebrochene Magma eine Temperatur von 800–830 Grad Celsius hatte und oxidiert war.“ .

Die Bedeutung des Vulkans Ciomadul

Derzeit zeigt der Vulkan Ciomadul keine Anzeichen eines Wiedererwachens. Diese Studie weist jedoch auch darauf hin, dass die Reaktivierung im Falle einer Wiederaufladung durch heißes, wasserhaltiges Magma schnell innerhalb von Wochen oder Monaten erfolgen kann. Quantitative Vulkanpetrologiestudien sind wichtig, um die Struktur des subvulkanischen Magmareservoirs und die Bedingungen der Magmaspeicherung zu rekonstruieren, was uns auch bei der Eruptionsvorhersage helfen kann, um die Signale vor dem Ausbruch besser zu verstehen.

„Diese Forschung ist insofern neu, als sie an einem lange ruhenden Vulkan durchgeführt wird und der Vulkan Ciomadul daher zunehmend internationale Aufmerksamkeit erhält“, sagt Szabolcs Harangi. Dies verdeutlicht, dass zusätzlich zu den rund 1.500 potenziell aktiven Vulkanen auf der Erde auch lange ruhende Vulkane eine bisher nicht erkannte Gefahr darstellen können, insbesondere wenn sich unter ihnen noch schmelzendes Magma befindet.

Die Arbeit ist veröffentlicht im Tagebuch Beiträge zur Mineralogie und Petrologie.