Eine neue Studie untersucht den Einfluss der Topographie auf kleinvolumige pyroklastische Strömungen

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Die Einbringung kleinvolumiger (<0,1km3) pyroklastischer Ströme wird stark durch die Topographie kontrolliert, so eine neue Studie, die von Forschern des Instituts für Geowissenschaften Jaume Almera des Spanischen Nationalen Forschungsrates (ICTJA-CSIC) und der Universität Barcelona durchgeführt wurde. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Sedimentology veröffentlicht worden. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Untersuchung und Charakterisierung des Arico Ignimbrites, der sich an den Südhängen des Vulkankomplexes Las Cañadas (Teneriffa, Kanarische Inseln) befindet. Diese Gesteinsformationen entstanden durch die Ablagerung eines 670.000 Jahre alten pyroklastischen Stroms.

Guajara war die Emissionszone dieser Wolke, die aus einer Mischung aus heißen Gasen, vulkanischer Asche und Gesteinsfragmenten bestand. Diese Wolke zeigte eine schnelle Abwärtsbewegung und lagerte sich schließlich in den Tälern der südlichen Zone der Insel ab, die die untersuchten Ignimbrite bildeten.

“Es ist bekannt, dass pyroklastische Ströme Dichte-Ströme sind, die von der Schwerkraft gesteuert werden und daher eher durch Täler oder tiefliegende topographische Zonen fließen”, erklärt Joan Martí, Forscher am ICTJA-CSIC und Erstautor der Studie. “Jetzt konnten wir zeigen, dass die Platzierung kleinvolumiger pyroklastischer Ströme neben dem Hang durch die Form des Kanals gesteuert wird, durch den sie fließen. Die Morphologie des Untergrundes, Hindernisse, plötzliche Böschungsschwankungen oder Änderungen der Kanalbreite sind einige der topographischen Faktoren, die die Positionierung und Ablagerung dieser Arten von pyroklastischen Strömen beeinflussen”.

Dazu führte das Team Feldarbeiten im Barranco de los Ovejeros durch, wo es insgesamt 57 Aufschlüsse fand und beschrieb. In diesem Tal sind die ignimbritablagerungen gut sichtbar. Die Forscher untersuchten die Lithologie, Stratigraphie und die sedimentologischen Eigenschaften der ignimbritischen Aufschlüsse. Sie maßen auch die Neigung des vorherigen Bodens, die Tiefe und Breite der Kanäle, die den Transport und die endgültige Platzierung der Strömungen führten. Die Forscher nahmen zudem 41 Proben, um eine paläomagnetische Studie durchzuführen, um die Einlagerungstemperatur des Arico-Ignimbrits zu schätzen.

Laut Joan Martí ist der Arico Ignimbrit trotz seines Alters eine “gut erhaltene und freigelegte Lagerstätte, die es ermöglichte, die Paläotopographie mit hoher Genauigkeit zu rekonstruieren. Daher konnten wir beobachten, wie sich die lithologischen, stratigraphischen und sedimentären Merkmale der Ignimbritablagerungen aufgrund der Formänderungen des Tals, in dem sie schließlich gelagert wurden, unterscheiden.”

Mit den gewonnenen Felddaten konnten die Forscher ein theoretisches Modell entwickeln, das die kritischen Mechanismen erklärt, aus denen die Topographie die Einlagerung der Strömungen steuert.

“Neben den üblichen Parametern, die das Strömungsregime dieser Art von vulkanischem Materialstrom definieren, beinhaltet unser Modell die Konturbedingungen, die durch eine bestimmte Topographie vorgegeben sind. Dadurch kann festgestellt werden, wie sich die Strömungsverhältnisse zusammen mit ihrer Einbettung verändern”, stellt Joan Martí fest. Nach Ansicht der Autoren ist dieses neue Modell “von allgemeiner Anwendbarkeit und wird helfen, andere Ablagerungen mit ähnlichen Eigenschaften zu erklären”.

Forscher beschreiben in ihrer Studie die verschiedenen Merkmale der Arico-Ignimbrite anhand von 7 Beobachtungspunkten.

In der Studie wird festgestellt, dass in den Gebieten, die dem Emissionszentrum am nächsten liegen, der pyroklastische Strom effizient durch die vorhandenen Täler geleitet wurde, die als effiziente Leitungen fungierten. In diesen Bereichen entspricht der Ignimbrit einer homogenen, mäßig verschweißten Schicht.

Die Studie besagt auch, dass in den Zwischenzonen signifikante Veränderungen in der Steilheit des Hanges aufgetreten sind, und hier, obwohl noch kanalisiert, wurde die Strömung durch hydraulische Sprünge beeinflusst, die die Art und Weise, wie sie angeordnet wurde, kontrollierten. In diesem Bereich sind zwei verschiedene Sedimenteinheiten in dem Ignimbriten deutlich zu erkennen: die untere Einheit ist orange und die obere Einheit ist grau.

In den distalen Bereichen in der Nähe der heutigen Küste, wo die Neigung sehr sanft oder Null ist und es keine kanalisierende Entlastung gibt, die zu einer radialen Streuung und schnellen Entgasung der Strömung führte, ist schließlich nur die obere Einheit zu finden. Die Forscher betonen, dass diese Arbeit es ermöglicht, die Einlagerungsmechanismen von Ignimbriten besser zu verstehen und die Beurteilung der Vulkangefahr zu verbessern. “Diese Studie öffnet die Tür zur Vorhersage des Abflussregimes der kleinvolumigen pyroklastischen Ströme – solange wir die bisherige Topographie kennen”.


Veröffentlichung: Martí, J. , Doronzo, D. M., Pedrazzi, D. and Colombo, F. (2019), Topographical controls on small‐volume pyroclastic flows. Sedimentology. DOI:10.1111/sed.12600

Quelle: off. Pm des Instituto de Ciencias de la Tierra Jaume Almera – ICTJA-CSIC

Titelbildunterschrift: Ein Panoramablick auf eines der Arico ignimbritischen Ausläufer, wo die beiden Einheiten zu sehen sind (Bild: Joan Martí)


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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.

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