Überraschende Magmakammer, die unter einem mediterranen Vulkan wächst

Unter Verwendung einer neuartigen Bildgebungstechnik für Vulkane, die hochauflösende Bilder der Eigenschaften seismischer Wellen erzeugt, enthüllt eine neue Studie einen großen, zuvor unentdeckten Körper beweglicher Magma unter Kolumbo, einem aktiven Unterwasservulkan in der Nähe von Santorini, Griechenland. Das Vorhandensein der Magmakammer erhöht die Wahrscheinlichkeit eines zukünftigen Ausbruchs und veranlasst die Forscher, Echtzeit-Gefahrenüberwachungsstationen in der Nähe anderer aktiver Unterwasservulkane zu empfehlen, um die Schätzungen darüber zu verbessern, wann ein Ausbruch wahrscheinlich sein könnte.

Vor fast vierhundert Jahren, im Jahr 1650 n. Chr., Durchbrach Kolumbo die Meeresoberfläche und brach aus, wobei 70 Menschen auf Santorini starben. Dieser Ausbruch, nicht zu verwechseln mit dem katastrophalen Vulkanausbruch von Thera (Santorini), der um 1600 v. Chr. stattfand, wurde durch wachsende Magmareservoire unter der Oberfläche von Kolumbo ausgelöst. Jetzt sagen Forscher, dass das geschmolzene Gestein in der Kammer ein ähnliches Volumen erreicht.

Die Studie, erschienen in Geochemie, Geophysik, Geosystemewar das erste Unternehmen, das seismische Vollwellenform-Inversionsbildgebung verwendete, um nach Änderungen der magmatischen Aktivität unter der Oberfläche von Unterwasservulkanen entlang des Hellenischen Bogens zu suchen, wo sich Kolumbo befindet.

Die Full-Waveform-Inversion-Technologie wird auf seismische Profile angewendet – Aufzeichnungen von Bodenbewegungen entlang kilometerlanger Linien – und bewertet Unterschiede in Wellengeschwindigkeiten, die auf Anomalien unter der Oberfläche hinweisen können. Die Studie zeigte, dass die Vollwellenform-Inversionstechnologie in Vulkanregionen verwendet werden kann, um potenzielle Standorte, Größen und Schmelzraten von beweglichen Magmakörpern zu finden. Seismische Profile wurden erstellt, nachdem die Forscher Luftgewehrschüsse von Bord eines Forschungsschiffs abgefeuert hatten, das über der Vulkanregion kreuzte, und seismische Wellen auslösten, die von Seismometern am Meeresboden entlang des Bogens aufgezeichnet wurden.

„Die Inversion der vollständigen Wellenform ähnelt einem medizinischen Ultraschall“, sagte M. Paulatto, Vulkanologe am Imperial College London und Zweitautor der Studie. „Es verwendet Schallwellen, um ein Bild der unterirdischen Struktur eines Vulkans zu erstellen.“

Der Studie zufolge weist eine deutlich verringerte Geschwindigkeit seismischer Wellen, die sich unter dem Meeresboden ausbreiten, auf das Vorhandensein einer mobilen Magmakammer unter Kolumbo hin. Die Eigenschaften der Wellenanomalien wurden verwendet, um eine bessere Vorstellung von den potenziellen Gefahren zu entwickeln, die die Magmakammer darstellen kann.

Laut Kajetan Chrapkiewicz, Geophysiker am Imperial College London und Hauptautor der Studie, waren die vorhandenen Daten für Unterwasservulkane in der Region spärlich und verschwommen, aber die dichte Auswahl an seismischen Profilen und die vollständige Wellenforminversion haben es ihnen ermöglicht, viel schärfere Bilder zu erhalten als vorher. Diese wurden verwendet, um eine große Magmakammer zu identifizieren, die seit dem letzten Ausbruch von Kolumbo im Jahr 1650 n. Chr. Mit einer durchschnittlichen Rate von etwa 4 Millionen Kubikmetern pro Jahr gewachsen ist

Das Gesamtvolumen der Schmelze, die sich im Magmareservoir unter Kolumbo angesammelt hat, beträgt 1,4 Kubikkilometer, so die Studie. Laut Chrapkiewicz könnte Kolumbo, wenn die derzeitige Wachstumsrate der Magmakammer anhält, irgendwann in den nächsten 150 Jahren das Schmelzvolumen von 2 Kubikkilometern erreichen, das schätzungsweise während des Ausbruchs von 1650 n. Chr. Ausgestoßen wurde. Obwohl das Volumen der vulkanischen Schmelze geschätzt werden kann, gibt es keine Möglichkeit, mit Sicherheit zu sagen, wann Kolumbo das nächste Mal ausbrechen wird.

Vorbereitung auf U-Boot-Explosionsereignisse

Die Eigenschaften des magmatischen Systems bei Kolumbo weisen laut den Autoren der Studie auf eine hochexplosive Eruption hin, ähnlich, aber von geringerem Ausmaß als die jüngste Hunga-Tonga-Hunga-Ha’apai-Eruption in der Zukunft. Obwohl die Gefahr nicht unmittelbar bevorzustehen scheint, könnte eine Explosion am Kolumbo-Vulkan aufgrund seiner Nähe zum Bevölkerungszentrum von Santorini, Griechenland, das nur 7 Kilometer vom Vulkan entfernt liegt, katastrophaler sein als der Tonga-Ausbruch.

Kolumbo wird in einem relativ flachen Teil des Mittelmeers in einer Tiefe von etwa 500 Metern (1600 Fuß) gefunden, was nach aktuellen Schätzungen seine Explosivität erhöhen dürfte. Ein Tsunami und eine Eruptionssäule von mehreren zehn Kilometern Höhe mit großen Mengen Ascheregen werden vorhergesagt, wenn Kolumbo ausbricht.

Jens Karstens, Geophysiker am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, der nicht an der Studie beteiligt war, unterstrich die Bedeutung der jüngsten Erkenntnisse. „Mit Studien wie dieser können wir mehr darüber erfahren, wie vulkanische Strukturen funktionieren, was zu erwarten ist und wo es zu erwarten ist, und können dies nutzen, um Überwachungssysteme für Unterwasservulkane zu entwerfen.“

Die Studie ergänzt die wachsende Wissensbasis über Kolumbo – den aktivsten Unterwasservulkan im Mittelmeer – und die Gefahren, die er darstellt. Laut den Forschern kann die Full-Waveform-Inversion-Technologie verwendet werden, um ähnliche Magma-Reservoire zu identifizieren, die sich unter anderen aktiven Unterwasservulkanen verstecken, aber es kann ein räumlich restriktiver und zeitaufwändiger Prozess sein, der am besten in Kombination mit anderen Techniken, wie z Vulkansedimentbohrungen und seismografische Überwachung, um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was wirklich unter Unterwasservulkanen vor sich geht.

In den letzten Jahren hat ein internationales Team von Wissenschaftlern an der Einrichtung von SANTORinis Meeresboden-Vulkanobservatorium oder SANTORY gearbeitet, einem Meeresboden-Observatorium, das mit wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet ist, die in der Lage sein werden, Fortschritte in Kolumbos vulkanischer Aktivität zu messen. SANTORY befindet sich noch in der Entwicklung, aber laut Chrapkiewicz ist es ein gutes Beispiel dafür, wie eine U-Boot-Vulkanüberwachungsstation möglicherweise aussehen kann.

Wie Paulatto betont, gibt es mehr landgestützte Überwachungsstationen für kontinentale Vulkane als für Unterwasservulkane. Die Überwachung der vulkanischen Aktivität unter der Meeresoberfläche ist komplizierter und teurer als an Land. Das macht es jedoch nicht weniger wichtig, sagte Paulatto. Die Forscher hoffen, dass diese Studie in Kombination mit den von SANTORY und der Sedimentbohrkreuzfahrt Expedition 398 des International Ocean Discovery Program gesammelten Daten dazu beitragen wird, die politischen Entscheidungsträger von der entscheidenden Bedeutung von Echtzeit-Überwachungsstationen auf Unterwasservulkanen zu überzeugen.

„Wir brauchen bessere Daten darüber, was sich tatsächlich unter diesen Vulkanen befindet“, sagte Chrapkiewicz. „Kontinuierliche Überwachungssysteme würden es uns ermöglichen, besser abzuschätzen, wann ein Ausbruch auftreten könnte. Mit diesen Systemen würden wir wahrscheinlich einige Tage vor dem Ausbruch über einen Ausbruch Bescheid wissen, und die Menschen könnten evakuieren und in Sicherheit bleiben.“