Grundlegende Änderungen dessen, was wir über die Funktionsweise von Vulkanen wissen

Jüngste Entdeckungen bei den Fagradalsfjall-Eruptionen in Island verändern unser Wissen über die Funktionsweise von Vulkanen.

Etwas zu lernen, das radikal verändert, wie wir unsere Welt verstehen, passiert nicht sehr oft. Aber für den Geowissenschaftler Matthew Jackson von der University of California in Santa Barbara und Tausende von Vulkanologen auf der ganzen Welt ist diese Entdeckung gerade passiert.

Bei der Entnahme von Magma aus dem Fagradalsfjall-Vulkan in Island entdeckten Jackson und seine Kollegen einen viel dynamischeren Prozess, als irgendjemand in den zwei Jahrhunderten angenommen hatte, dass Wissenschaftler Vulkane untersucht hatten.

„Gerade wenn ich denke, dass wir kurz davor sind herauszufinden, wie diese Vulkane funktionieren, erleben wir eine große Überraschung“, sagte er.

Die Ergebnisse der Geowissenschaftler wurden am 14. September in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natur temperieren.

10000 Jahre pro Monat

Dank Urlaub, einer Seuche und 780 Jahren Schmelzen von Tiefengestein war Jackson am richtigen Ort und zur richtigen Zeit, um Zeuge der Geburt von Fagradalsfjall zu werden, einer Spalte im Tiefland im Südwesten Islands, die sich im März 2021 spaltete und mit Magma ausbrach. Bis dahin , alle waren bei Die Rikjan-Halbinsel ist bereit für eine Art Vulkanausbruch.

„Der Erdbebenschwarm war heftig“, sagte er über die etwa 50.000 Erdbeben – Stärke 4 oder höher – die den Boden wochenlang erschütterten und den Großteil der isländischen Bevölkerung in Atem hielten.

Der Schlafentzug war es jedoch wert, und die Verrücktheit verwandelte sich schnell in Magie, als Lava aus dem Loch im Boden im relativ leeren Geldingadalur spritzte und spritzte. Wissenschaftler und Besucher strömen gleichermaßen in die Gegend, um den neuesten Teil der Erdkruste zu sehen. Aufgrund des langsamen Lavastroms und der stürmischen Winde, die schädliche Gase wegwehten, konnten sie von Anfang an nahe genug herankommen, um kontinuierlich Lavaproben zu entnehmen.

Der Vulkanausbruch des Mount Fagradalsfjall in Island.

Unter der Leitung von Simundur Halldorsson von der Universität von Island haben Geologen versucht herauszufinden, „die Entstehungstiefe von Magma im Mantel, wie viel vor dem Ausbruch unter der Oberfläche gespeichert wurde und was im Reservoir vor und während des Ausbruchs vor sich ging Ausbruch.“ Fragen wie diese sind zwar grundlegend, aber tatsächlich einige der größten Herausforderungen für diejenigen, die Vulkane studieren. Dies liegt an der Unvorhersehbarkeit von Eruptionen, der Gefahr und den extremen Bedingungen, der Abgeschiedenheit und Unzugänglichkeit vieler aktiver Standorte.

„Die Annahme war, dass sich die Magmakammer im Laufe der Zeit langsam füllt und dass sich das Magma gut vermischt“, erklärte Jackson. „Dann trocknet es im Laufe der Eruption aus.“ Als Ergebnis dieses genau definierten zweistufigen Prozesses, fügte er hinzu, erwarten diejenigen, die Vulkanausbrüche untersuchen, keine signifikanten Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung von Magma, wenn es aus der Erde fließt.

„Das sehen wir am Mount Kolawea auf Hawaii“, sagte er. „Du wirst einen Vulkanausbruch haben, der Jahre dauert, und es wird im Laufe der Zeit subtile Veränderungen geben.

„Aber in Island gab es mehr als 1.000 Faktoren mit höheren Änderungsraten für chemische Schlüsselindikatoren“, fuhr Jackson fort. „Innerhalb eines Monats zeigte der Fagradalsfjall-Ausbruch mehr Unterschiede in der Zusammensetzung als der Kīlauea-Ausbruch in Jahrzehnten.

Nachtansicht eines Vulkanausbruchs am Berg Fagradalsfjall in Island.

Diese Asymmetrie wird laut Wissenschaftlern durch nachfolgende Magmachargen verursacht, die aus tieferen Schichten des Mantels in die Kammer strömen.

„Stellen Sie sich eine Lavalampe in Ihrem Kopf vor“, sagte Jackson. „Sie haben unten eine heiße Lampe, eine Blase heizt sich auf und der Punkt steigt und kühlt ab und sinkt dann ab. Wir können uns vorstellen, dass der Erdmantel – von der Spitze des Kerns bis zum Boden der tektonischen Platten – sehr ähnlich funktioniert eine Lavalampe.“ Er erklärte weiter, dass sich das geschmolzene Gestein aus diesen Schwaden in Kammern ansammelt und kristallisiert, wenn die Mantelregionen durch die Hitze aufsteigen und Federn bilden und sich kraftvoll nach oben zur Oberfläche bewegen, Gase durch die Kruste austreten und sich Druck aufbaut bis die Magma findet einen Weg zu entkommen.

Wie in der Veröffentlichung gezeigt, brach in den ersten Wochen die erwartete „verbrauchte“ Magmaart aus, die sich ansammelteg im Stausee, der etwa 16 km unter der Oberfläche liegt. Bis April zeigten jedoch Beweise, dass die Kammer mit einem tieferen „angereicherten“ Typ aufgeladen wurde, der sich mit einer anderen Zusammensetzung auflöste. Aus einer anderen Region der aufsteigenden Mantelfahne unter Island gewonnen. Dieses neue Magma hat eine weniger modifizierte chemische Zusammensetzung mit einem höheren Magnesiumgehalt und einem höheren Prozentsatz an Kohlendioxid. Dies deutet darauf hin, dass aus diesem tiefen Magma weniger Gase entwichen sind. Bis Mai war das Magma, das den Fluss kontrollierte, von der tiefsten und reichhaltigsten Art. Diese schnellen und extremen Veränderungen der Magmazusammensetzung an einem Hotspot, der sich von Wolken ernährt, seien „noch nie zuvor in nahezu Echtzeit beobachtet worden“.

Jackson sagte jedoch, dass diese Veränderungen im Make-up möglicherweise nicht so selten sind. Es ist nur so, dass die Chance, Eruptionen in einem so frühen Stadium zu erleben, nicht ungewöhnlich ist. Vor dem Ausbruch des Fagradalsfjall im Jahr 2021 ereigneten sich beispielsweise die jüngsten Eruptionen auf der Halbinsel Reykjanes in Island vor acht Jahrhunderten. Er vermutet, dass diese neue Aktivität den Beginn eines neuen, jahrhundertealten Vulkanzyklus im Südwesten Islands signalisiert.

„Wir haben oft keine Aufzeichnungen über die frühen Stadien der meisten Vulkanausbrüche, weil sie von späteren Lavaströmen begraben werden“, sagte er. Dieses Projekt ermöglichte es ihnen, so die Forscher, ein Phänomen zu sehen, das für möglich gehalten wurde, aber nicht direkt gesehen wurde.

Für Wissenschaftler stellt dieser Befund eine „große Einschränkung“ dar, wie wir Modelle von Vulkanen auf der ganzen Welt bauen. Es ist jedoch noch nicht klar, wie repräsentativ dieses Phänomen für andere Vulkane ist oder welche Rolle es bei der Entstehung eines Ausbruchs spielt. Für Jackson ist dies eine Erinnerung daran, dass die Erde immer noch Geheimnisse zu verlieren hat.

„Wenn ich also hinausgehe, um uralte Lavaströme zu probieren, oder wenn ich in Zukunft Artikel lese oder schreibe, wird es mir immer in den Sinn kommen: Dies ist vielleicht nicht die ganze Geschichte des Ausbruchs“, sagte er.

Referenz: „Rapid transformation of a deep magmatic source at Vagradalsvilla Volcano, Island“ von Somundur A. Halldorsson, Edward W. Marshall, Alberto Carracciolo, Simon Matthews, Eniko Bali und Maja B. . Guðfinnsson, Olgeir Sigmarsson, John Maclennan, Matthew G. Jackson, Martin J. Whitehouse, Heejin Jeon, Quinten H. A. van der Meer, Geoffrey K. Mibei, Maarit H. Kalliokoski, Maria M. Melissa Ann Pfeffer, Samuel W. Scott, Ricky Kiertensdottir , Barbara I. Klein, Clive Oppenheimer, Alessandro Ayuba, Evgenia Ilyinskaya, Marcelo Pettito, Gaetano Giudice und Andrei Stefansson, 14. September 2022, Natur temperieren.
DOI: 10.1038 / s41586-022-04981-x