Der minoische Ausbruch von Santorin in der Ägäis war einer der größten explosiven Vulkanausbrüche im Holozän. In der Spätbronzezeit riss Santorini während einer verheerenden Naturkatastrophe auseinander und schickte große Mengen heißen Vulkangesteins und Gases über das östliche Mittelmeer. Ein gewaltiger Tsunami verwüstete die Küste Kretas und zerstörte viele minoische Siedlungen. Die heutigen Überreste sind die Insel Santorini, von der nur noch ihre großen Caldera-Ränder aus dem Meer ragen.
Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und Kollegen der University of Rhode Island, der Universität Hamburg, der Ocean Discovery League, Saunderstown und der Universität Athen untersuchten die Spuren dieser riesigen Kaskade von Ereignissen auf dem Meeresboden, um das herauszufinden was den riesigen Tsunami vor 3.600 Jahren verursachte.
Im Oktober 2019 sammelte ein Team unter der Leitung des Meeresgeophysikers Dr. Jens Karstens mit dem Forschungsschiff R/V Poseidon neue geophysikalische Daten rund um die Caldera von Santorin. Mit Schallwellen erstellten sie ein Strukturbild des Untergrunds. Die Forscher kombinierten die neuen seismischen Profile mit Schwadbathymetriedaten, die während mehrerer früherer internationaler Expeditionen gesammelt wurden. Diese geben Auskunft über die Wassertiefe und die detaillierte Morphologie des Meeresbodens.
In den hochauflösenden seismischen Profilen fallen deutlich wellenförmige Sedimentstrukturen auf, sogenannte wellige Meeresbodenbettformen, die radial um die Caldera herum zu finden sind und sich bis zu 25 Kilometer vom Vulkan entfernt erstrecken. In ihrer Studie, jetzt veröffentlicht in Briefe zur Erd- und Planetenwissenschaftzeigen die Forscher, dass diese Strukturen für die Interpretation der Entstehung vulkanischer Tsunamis sehr wichtig sind.
Aufgrund der komplizierten Kaskade von Ereignissen, die zu ihrer Auslösung führen, sind vulkanische Tsunamis bislang nur unzureichend verstanden. „Die Rekonstruktion der Meeresbodenmorphologie ist ein Schritt vorwärts zu einem besseren Verständnis der Entstehung von Tsunamis bei großen Eruptionen“, erklärt Jens Karstens.
Meeresbodenformen ähneln Wellen oder Dünen, die man in Flussbetten oder am Strand beobachten kann. Sie entstehen an der Grenzfläche zwischen Wasser und Meeresboden durch den Sedimenttransport durch fließendes Wasser. Im Fall von Santorini entstanden die Sedimente, als Ströme aus dichtem heißem Gas und Vulkangestein, sogenannte pyroklastische Ströme, in den Ozean eindrangen, nachdem sie mit hoher Geschwindigkeit die Vulkanflanken hinuntergeflossen waren. Ein weiterer Prozess, der solche wellenförmigen Gesteinsschichten erzeugen kann, ist die Destabilisierung von Sedimenten an den Vulkanflanken.
„Mit der Analyse unserer neuen seismischen Reflexionsdaten konnten wir nun zeigen, dass die Ablagerungen rund um Santorini tatsächlich nicht einheitlich sind. Sie sind im Norden dicker und an den anderen Flanken dünner“, sagt Karstens. Im Norden von Santorini wurden die wellenförmigen Meeresbodenformen durch pyroklastische Ströme gebildet und an den anderen Flanken sehen die Forscher Hinweise darauf, dass diese Sedimentstrukturen mit Instabilitäten der vulkanischen Flanken zusammenhängen, von denen angenommen wird, dass sie während des minoischen Ausbruchs entstanden oder reaktiviert wurden.
„Wir können die genaue Dynamik der Massenbewegung nicht rekonstruieren, insbesondere nicht, wie schnell die Gesteinsmassen die Hänge von Santorin hinunterrutschten. Unsere Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass sie zur Entstehung des zerstörerischen minoischen Tsunamis beigetragen haben“, sagt der Geophysiker.
Ausgelöst durch ein Zittern während der großen Caldera-Eruption rutschten Teile des Vulkanhangs Hunderte Meter die Flanke hinab. Dadurch wurden große Wassermassen verdrängt und eine riesige Tsunamiwelle ausgelöst.
Die Forscher schätzen die Menge an Material, die sich während des minoischen Ausbruchs die Vulkanflanken hinunterbewegte, auf zwei Kubikkilometer. Im Vergleich dazu wurde nur ein Zehntel des entsprechenden Gesamtvolumens während eines kürzlich durch einen Zusammenbruch ausgelösten Tsunamis in Anak Kraktau im Jahr 2018 verdrängt, der die umliegenden Küsten der Sundastraße in Indonesien verwüstete.
Verformungen des Untergrunds, der sich 200 Meter tief unter dem Meeresboden erstreckt, zeigen, dass Hanginstabilitäten auch durch regionale tektonische Erdbeben reaktiviert werden können, die in der Vergangenheit im Raum Santorin mit Stärken über 7 (M7+) aufgetreten sind und zerstörerische Tsunamis verursacht haben.
„Diese Studie unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses von Flankeninstabilitäten für die Tsunami-Gefährdungsbeurteilung an aktiven Vulkanen“, sagt Dr. Morelia Urlaub, Professorin für Meeresgeomechanik am GEOMAR, Leiterin des Projekts PRE COLLAPSE und Co-Autorin der Publikation. Der minoische Ausbruch ist einer der am besten untersuchten Vulkanausbrüche weltweit und Santorini bietet die einzigartige Gelegenheit, die Bildung der welligen Meeresbodenablagerungen mit den vulkanischen Prozessen in Zusammenhang zu bringen.
Im August 2023 werden Mitglieder der PRE COLLAPSE-Forschungsgruppe mit dem Forschungsschiff RV Sonne Anak Krakatau besuchen, um ähnliche seismische undbathymetrische Untersuchungen zur Untersuchung der Ausbrüche von 1883 und 2018 durchzuführen. Sie werden in der Lage sein, die neu gewonnenen Erkenntnisse über die wellenförmigen Meeresbodenformen zu nutzen, um die Untergrundstrukturen in Krakatau und Santorini besser zu interpretieren und zu vergleichen und zu bewerten, wie ihre Erkenntnisse für die Gefahrenbewertung auch an anderen aktiven Meeresvulkanen angewendet werden können.
Mehr Informationen:
Jens Karstens et al., Bildung welliger Meeresbodenformen während des minoischen Ausbruchs und ihre Auswirkungen auf die Eruptionsdynamik und Hangstabilität auf Santorini, Briefe zur Erd- und Planetenwissenschaft (2023). DOI: 10.1016/j.epsl.2023.118215