Erstaunliche Schnappschüsse aus den Tiefen des Ätna

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Forschung, die Licht auf die inneren “Versorgungssysteme” von Vulkanen wirft, kann Wissenschaftlern helfen, Vulkanausbrüche und Unruhen besser zu verstehen. Die von der University of Queensland geführte Studie analysierte Kristalle des berühmten italienischen Ätna, um zu zeigen, wie schnell sich Magma an die Oberfläche bewegt.

Dr. Teresa Ubide, von der UQ School of Earth and Environmental Sciences, erklärte, dass die Forschung ein besseres Verständnis der vulkanischen Systeme liefern und die Rahmenbedingungen für die Überwachung von Vulkanen verbessern würde.

“Wenn wir uns die so genannten Magmastromsysteme ansehen – ich betrachte sie als die “inneren Persönlichkeiten” der Vulkane – können wir die Anzeichen der Magmatätigkeit unter unseren Füßen besser interpretieren”, sagte Dr. Ubide.

“Die neuen Informationen über den Magmentransport vor vergangenen Vulkanausbrüchen können Zusammenhänge liefern, um besser auf zukünftige Überwachungssignale wie seismische Messungen von Erdbeben reagieren zu können.”

Ein Beispiel für eine Sektorzonierung. (Bild: Teresa Ubide)

“Die Zonierung ist gewöhnlich das Resultat einer nichteinheitlichen Verteilung der Kationen in der Atomstruktur, Änderungen der Anionen sind seltener. Einzelkristalle zeigen oft eine Zonierung; meist als unterschiedlich gefärbte, jedoch auch als dunkle orientierte Zonen innerhalb des Kristalls. Bei genauer Betrachtung zeigen sich auch teilweise Schlieren. Diese Zonen haben verschiedene Ursachen. Ihre Gegenwart können interessante Hinweise auf das Mineral und das Wachstum des Kristalls geben. Die beiden wichtigsten Arten der Zonierung sind konzentrische und sektorielle Zonierung. Diese beiden Arten der Zonierung entstehen während des Kristallwachstums, d.h., indem Moleküle kontinuierlich an einem Ausgangskristall (Kristallit angelagert werden. Die Zonierung entsteht in Mineralgruppen, bei welchen zwischen den Endgliedern Mischbarkeit existiert und welche gewöhnlich die wechselnden Bedingungen der Kristallisation reflektieren. Aber auch der Einbau von Spurenverunreinigungen oder die Bildung von intrinsischen Fehlstellen kann, unbahängig von solchen Mischungen, optische Unterschiede im Kristall erzeugen.”

(Quelle: Mineralienatlas.de, Lexikon, Abruf: 28.2.19, https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Zonierung%20in%20Kristallen)

Dr. Ubide und ihr Team haben Variationen in der chemischen Zusammensetzung von Vulkankristallen analysiert, die sich in einem chemischen Muster bilden, das als “Sektorzonierung” bekannt ist.
“Vulkanologen und Mineralogen beobachten seit Jahrzehnten die Sektorzonierung in Kristallen und bemerken, dass sie sich entwickeln könnte, wenn sich Kristalle schnell bilden”, sagte sie.

“Aber da der genaue Ursprung und die Auswirkungen von sektorzonierten Kristallen im Magma kaum verstanden wurden, wurden sie bei der Untersuchung präeruptiver Prozesse in Vulkanen typischerweise außer Acht gelassen.

“Jetzt haben wir entdeckt, dass sie nicht nur detaillierte magmatische Geschehnisse und Ausbrüche aufzeichnen, sondern auch Informationen über die Geschwindigkeit des Magmatransports an die Oberfläche liefern können.” Die Forschung, die auf früheren Arbeiten zur Analyse von Vulkankristallen aufbaut, verwendete einen Hightech-Ultraviolettlaser, ähnlich der Technologie für Augenoperationen – in der Radiogenic Isotope Facility der UQ.

“Wir haben einen ‘kalten’ Laserstrahl verwendet, um eine dünne Schicht von der Oberfläche der Kristalle zu entfernen”, sagte Dr. Ubide.
“Dann wird diese winzige Menge Material in ein Massenspektrometer gegeben, ein Instrument, das die Zusammensetzung der Spurenelemente misst und Elemente misst, die weniger als 0,1 Prozent des ursprünglichen Objekts wiegen können.

“Wir fanden heraus, dass die Veränderungen der Spurenelemente in diesen Kristallen extrem empfindlich auf die Prozesse reagieren, die in Vulkanen ablaufen, wie z.B. die Speicherung und Abkühlung des Magmas, die Mischung des Magmas, den Transport des Magmas und den Aufstieg des Magmas an die Oberfläche.

“Es ist eine erstaunliche Momentaufnahme dessen, was in Vulkanen passiert, die wichtige Einblicke in ihr interne Stromsysteme gibt und uns hilft, diese unglaublichen Naturwunder besser zu verstehen.”

Die in Zusammenarbeit mit dem Italienischen Vulkanologischen Institut INGV-Rom und der Sapienza Universität Rom veröffentlichte Forschung ist in Geochimica et Cosmochimica Acta zu finden.



Veröffentlichung: Teresa Ubide et al, Sector-zoned clinopyroxene as a recorder of magma history, eruption triggers, and ascent rates, Geochimica et Cosmochimica Acta (2019).  DOI: 10.1016/j.gca.2019.02.021

Quelle: off. Pm der University of Queensland

Titelbildunterschrift: Verschiedene Beispiele für Sektorzonierung für verschiedene Elemente. (Bild: s. Veröffentlichung)



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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.