Im Colli Albani in Italien kam es vor Tausenden von Jahren zu größeren Eruptionen, die von den heutigen Modellen nicht vorhergesagt wurden. Mithilfe von 3D-Bildern erklärt ein Team der Universität Genf dieses Phänomen und ebnet den Weg für eine bessere Risikovorsorge.
Mehr als 800 Millionen Menschen leben in der Nähe eines aktiven Vulkans. Einige von ihnen widersetzen sich noch immer den bestehenden Modellen, was es unmöglich macht, ihren Ausbruch zu 100% vorherzusagen. Dies ist der Fall beim Colli Albani in Italien, der in der Vergangenheit große Explosionen produziert hat, obwohl sein Magma normalerweise mit leichten effusiven Eruptionen in Verbindung gebracht wird. Ein internationales Team unter der Leitung der Universität Genf lüftet dieses Geheimnis mithilfe eines innovativen Ansatzes zur Analyse von Kristallen, die Spuren der letzten Eruptionen enthalten. Die Studie, die im Journal of Petrology veröffentlicht wurde, ebnet den Weg für neue Analysemethoden in der Vulkanologie und stärkt die Risikoprävention.
Die Überwachung von Vulkanen, um ihre potenziell verheerenden Auswirkungen vorherzusehen, erfordert ein genaues Verständnis der Signale, die auf einen Ausbruch hindeuten. Doch die Aufgabe wird noch schwieriger, wenn ein Vulkan den Vorhersagemodellen trotzt, wie der Colli Albani, der nur 20 Kilometer von Rom entfernt liegt. Aufgrund seiner magmatischen Zusammensetzung sollte er theoretisch nur geringe Eruptionen hervorrufen. Seine bisherigen Ausbrüche zeigen jedoch das Gegenteil.
Dieser Ansatz ist innovativ in der Vulkanologie und insbesondere bei der Untersuchung von Magmaeinschlüssen.
Magma enthält flüchtige Substanzen (hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid). Wenn Magma an die Oberfläche gelangt, werden diese Substanzen freigesetzt, ähnlich wie beim Öffnen einer Limonadenflasche. Je zähflüssiger das Magma ist, desto schwieriger ist es für dieses Gas, zu entweichen. Diese Zurückhaltung führt zu einem allmählichen Druckanstieg, der schließlich zu heftigen explosiven Eruptionen führt. Theoretisch besteht diese Gefahr beim Colli Albani nicht, da sein Magma nicht sehr zähflüssig ist. Bei der letzten Eruption vor 355.000 Jahren wurden bis zu 30 km³ heiße Asche und geschmolzenes Gestein in die Atmosphäre geschleudert.
Um mehr darüber zu erfahren, analysierte ein Team der Universität Genf ’magmatische Einschlüsse’, die in den Magmaablagerungen des letzten Ausbruchs eingeschlossen waren. Diese winzigen, nur ein Hundertstel Millimeter großen Tröpfchen, die vor der Explosion in Kristallen eingeschlossen wurden, enthalten wertvolle Hinweise auf die Chemie des Magmas, seinen Wasser- und Kohlendioxidgehalt - Schlüsselelemente für seine Explosivität - sowie auf seine Temperatur und seinen Druck. Insgesamt wurden 35 Kristalle mit 2.000 Einschlüssen untersucht.
Ein innovativer Ansatz zur Erforschung des Magmas
Die Wissenschaftler der Universität Genf arbeiteten mit mehreren Institutionen zusammen, darunter das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY), die Universitäten Roma Tre und Bristol sowie das Helmholtz-Zentrum. Mithilfe des Teilchenbeschleunigerrings PETRA III am DESY in Hamburg konnte das Team hochauflösende 3D-Bilder von magmatischen Einschlüssen erstellen. PETRA III erzeugt intensive Röntgenstrahlen zur Untersuchung von Materie auf der Nanometerskala an verschiedenen Versuchsstationen, darunter auch die, an der das Experiment der Universität Genf stattfand.
’Dieser Ansatz ist innovativ in der Vulkanologie und insbesondere bei der Untersuchung von Magmaeinschlüssen. Er eröffnet neue Perspektiven in diesem Bereich’, sagt Corin Jorgenson, Erstautorin der Studie und Doktorandin am Departement für Geowissenschaften der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf zum Zeitpunkt der Arbeit, derzeit Postdoktorandin am Departement für Bau- und Umweltingenieurwesen der Universität Strathclyde in Schottland.
Wertvolle Ergebnisse für die Risikovorsorge
Eine der wichtigsten Entdeckungen war das Vorhandensein zahlreicher großvolumiger Blasen aus Wasser und Kohlendioxid innerhalb der Einschlüsse. Dies deutet darauf hin, dass das Reservoir des Colli Albani, als sie eingeschlossen wurden, bereits große Mengen an Gas enthielt. Die überschüssigen Gase machten das Magma zu einem Schwamm, der zusammengedrückt wurde, als sich zusätzliches Magma im Reservoir ansammelte, und der sich zu Beginn des Ausbruchs schnell ausdehnte.Der unerwartete und hochexplosive Ausbruch des Colli Albani", erklärt Luca Caricchi, ordentlicher Professor für Petrologie und Vulkanologie am Departement für Erdwissenschaften der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf, der die Forschungsarbeiten leitete.
Diese Ergebnisse erhellen den Mechanismus der Eruptionen des Colli Albani und unterstreichen die Bedeutung von hochmodernen 3D-Bildgebungstechniken in der Vulkanologie. Dieser Ansatz, der auch auf andere Vulkane anwendbar ist, wird zu einem besseren Verständnis der Magmaspeicherung und der Entgasung führen und gleichzeitig die Risikoprävention verbessern. Die im Rahmen der Studie vorgenommene Klassifizierung von Magmaeinschlüssen in sechs verschiedene Typen wird ebenfalls eine wertvolle Referenz für zukünftige Forschungen darstellen.
