Forschung

Explosive Vulkane am Meeresgrund

30.06.2020 - Trotz drückender Wassermassen sind explosive Vulkanausbrüche im tiefen Meer möglich.

Die meisten Vulkan­ausbrüche finden ungesehen am Grund der Weltmeere statt. Dieser submarine Vulkanismus lagert nicht nur Lava ab, sondern stößt auch große Mengen Vulkanasche aus. „Es muss also auch unter kilometer­dicken Wasser­schichten, die einen großen Druck ausüben und damit eine effektive Entgasung verhindern, Mechanismen geben, die zu einer explosiven Zerteilung von Magma führen“, sagt Bernd Zimanowski, Leiter des Physikalisch-Vulkano­logischen Labors der Julius-Maximilians-Univer­sität Würzburg. Einen solchen Mechanismus hat eine inter­nationale Forschungs­gruppe um James White (Neuseeland), Pier­francesco Dellino (Italien), Bernd Zimanowski und Tobias Dürig nun erstmals nachgewiesen.

Das Team hat am Havre-Seamount-Vulkan geforscht. Er liegt nordwestlich von Neuseeland in etwa eintausend Meter Tiefe unter der Meeres­oberfläche. Dieser Vulkan ist im Jahr 2012 ausgebrochen. Der Ausbruch erzeugte einen schwimmenden Teppich aus Asche­teilchen, der sich auf rund 400 Quadratkilometer ausdehnte – das entspricht in etwa der Fläche der Stadt Wien. Jetzt wurden mit einem Tauchroboter die Asche-Ablagerungen am Meeresboden untersucht. Dort wies die Gruppe um James White mehr als 100 Millionen Kubikmeter Vulkan­asche nach. Der Tauch­roboter entnahm am Meeresgrund auch Proben, die dann gemeinsam im Physikalisch Vulkano­logischen Labor in Würzburg untersucht wurden.

„Wir haben das Material wieder aufgeschmolzen und unter verschiedenen Rahmen­bedingungen mit Wasser in Kontakt gebracht. Unter bestimmten Bedingungen sind dabei explosive Reaktionen aufgetreten, die zur Bildung künstlicher Vulkanasche geführt haben“, sagt Bernd Zimanowski. Der Vergleich dieser Asche mit den natürlichen Proben zeigte, dass im Labor ähnliche Prozesse abgelaufen sein müssen wie in eintausend Meter Tiefe am Meeres­boden. „Dabei wurde die Gesteins­schmelze in einem Tiegel mit zehn Zentimeter Durchmesser unter eine Wasserschicht gesetzt und dann mit einer Intensität deformiert, die auch beim Austreten von Magma am Meeresboden zu erwarten ist. Es bilden sich hierbei Risse und Wasser schießt schlagartig in das entstandene Vakuum ein. Das Wasser dehnt sich dann explosions­artig aus. Letztlich werden Partikel und Wasser explosiv ausgeworfen und durch ein U-förmiges Rohr in ein Wasserbecken geleitet, um die Abkühl­situation unter Wasser zu simulieren“, sagt Zimanowski. Die auf diese Weise erzeugten Partikel, die künstliche Vulkanasche, entsprachen in Form, Größe und Zusammen­setzung den natür­lichen Aschen­körnern.

„Wir verstehen mit diesen Ergebnissen jetzt viel besser, wie explosive Vulkan­ausbrüche unter Wasser möglich sind“, sagt Zimanowski. Die weiteren Untersuchungen sollen auch zeigen, ob unterseeische Vulkan­explosionen womöglich einen Effekt auf das Klima haben. Bei submarinen Lava-Eruptionen dauert es sehr lange, bis die Wärme der Lava auf das Wasser übertragen wird. Bei explosiven Eruptionen wird das Magma aber in feinste Partikel zerrissen. Das kann vielleicht so starke Wärmepulse erzeugen, dass die thermischen Ausgleichs­strömungen in den Ozeanen lokal oder sogar global gestört werden. Und genau diese Strömungen haben einen wichtigen Einfluss auf das Weltklima. 

U. Würzburg / JOL

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