Zirkonkristalle offenbaren die Gefahr schlafender Vulkane

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Die meisten aktiven Vulkane auf der Erde schlafen. Das bedeutet, dass sie seit Hunderten oder gar Tausenden von Jahren nicht mehr ausgebrochen sind und von der lokalen Bevölkerung normalerweise nicht als gefährlich angesehen werden. Ein Team von Vulkanologen der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Heidelberg in Deutschland eine Technik entwickelt, die das verheerende Potenzial von Vulkanen vorhersagen kann.

Die Wissenschaftler verwendeten Zirkon, einen winzigen Kristall, der in vulkanischem Gestein enthalten ist. Somit konnten sie das Volumen des Magmas am Beispiel des Vulkans Nevado de Toluca (Mexiko) abschätzen, wenn dieser aus seiner Ruhephase erwachen sollte. Bis zu 350 km3 Magma – etwa das Vierfache des im Genfer See gespeicherten Wasservolumens – liegen derzeit unter dem Nevado de Toluca. Eine Eruption könnte verheerende Folgen haben. Die neue Technik, die auf die meisten Vulkantypen auf der ganzen Welt anwendbar ist, wird nun in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Communications beschrieben.

Die größten Ausbrüche der letzten 100 Jahre stammten von Vulkanen, die nicht häufig ausbrechen und daher unter dem Radar der Wissenschaftler fliegen. Dennoch leben heute geschätzte 800 Millionen Menschen auf der ganzen Welt in der Nähe von Vulkanen und sind somit potenziell gefährdet. Ein entscheidender Faktor für die Gefährlichkeit von Vulkanen ist das Volumen des ausbrechenden Magmas, das sich in ihren Reservoirs befindet, da dies mit dem Ausmaß künftiger Ausbrüche zusammenhängt. Leider befindet sich dieses Magma in unzugänglichen Tiefen von 6 bis 10 km und kann nicht direkt gemessen werden.


Winzige Uhren mit einem Thermometer


Die Vulkanologen der UNIGE verwendeten einen neuen Ansatz, bei dem Zirkon-Geochronologie und thermische Modellierung kombiniert wurden, um das Volumen des in den vulkanischen Reservoirs vorhandenen potenziell eruptiven Magmas zu bestimmen.

“Zirkon ist ein kleiner Kristall, der in vulkanischen Eruptivgesteinen gefunden werden kann und Uran und Thorium enthält. Der Zerfall dieser radioaktiven Elemente erlaubt es uns, den Zeitpunkt ihrer Kristallisation zu datieren.”

sagt Gregor Weber, ein Postdoc-Stipendiat der UNIGE und Mitverfasser der Studie.

Außerdem kristallisiert Zirkon nur in einem bestimmten Temperaturbereich. Mit diesen beiden Parametern kann man bestimmen, wie schnell sich das Magma unterhalb eines Vulkans abkühlt. Wie bei einem Topf mit Wasser gilt: Je größer der Topf, desto mehr Zeit braucht er zum Abkühlen. Die Forscher analysierten die Zirkone, die in den letzten 1,5 Millionen Jahren mit der Magma des Nevado de Toluca an die Oberfläche gelangten, und bestimmten so die zeitliche Entwicklung der Temperatur des unter dem Vulkan gespeicherten Magmas. Diese Information kann mit Hilfe thermischer Modellierungen in ein Magmavolumen umgewandelt werden. Dieser Ansatz hat eine doppelt so hohe Auflösung wie die bestehenden Techniken.


Schlafende Monster


Die Methodik der Studie wurde auf den mexikanischen Vulkan Nevado de Toluca, auch Xinantécatl genannt, angewandt. Er stellt ein repräsentatives Beispiel für einen ruhenden Vulkan in der Nähe von Mexiko-Stadt dar. Die Ergebnisse wurden verwendet, um die maximal mögliche Größenordnung eines zukünftigen Ausbruchs dieses Vulkans zu bestimmen, der mit 350 km3 potenziell verheerende Auswirkungen haben könnte.

“Das System kann schnell wieder erwachen, wenn die tiefe Magmazufuhr wieder einsetzt”.

stellt Weber fest.

Die Radare lenken


Diese Erkenntnis ist für die quantitative Einschätzung des vulkanischen Risikos von entscheidender Bedeutung.

“Die Kenntnis der Größe eines vulkanischen Reservoirs ist wichtig, um Vulkane zu identifizieren, die in Zukunft höchstwahrscheinlich einen Ausbruch großen Ausmaßes verursachen werden. Unsere ist eine neue Methode, um die Kandidaten für solche Ausbrüche zu bewerten”.

erklärt Weber.

Dieser Ansatz ist auf die meisten Vulkantypen anwendbar, ob aktiv oder ruhend, und liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, welche vulkanischen Systeme genauer beobachtet werden müssen.


Veröffentlichung: Weber, G., Caricchi, L., Arce, J.L. et al. Determining the current size and state of subvolcanic magma reservoirs. Nat Commun 11, 5477 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19084-2

Quelle: off. Pm der University of Genf

Titelbildunterschrift: Kathodolumineszenz-Bild von Zirkon-Kristallen vom Vulkan Nevado de Toluca in Mexiko. (Bild: UniGe, Weber)


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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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