Was unter dem Yellowstone-Vulkan passiert: Steamboat Geysir sprang wieder – könnte schneller ausbrechen als gedacht

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Der Yellowstone-Nationalpark in den USA ist mit seinen Geysiren und heißen Quellen eine große Attraktion für Touristen. Insbesondere in nachrichtenarmen Zeiten richtet sich der mediale Fokus aber gerne auf den Supervulkan Yellowstone, der das letzte Mal vor rund 630.000 Jahren ausgebrochen ist.

Spätestens dann wird die Frage nach den zugrunde liegenden geologischen Strukturen gestellt. Eine aktuelle Studie von Bernhard Steinberger vom Deutschen GeoForschungsZentrum und Kollegen in den USA hilft, die Vorgänge im Erdinneren besser zu verstehen. Die Arbeit erscheint demnächst im Fachjournal „Geochemistry, Geophysics, Geosystems“ der American Geophysical Union. Sie beruht auf der Modellierung des Erdmantels.

Demnach liegt unter dem Yellowstone-Vulkan ein so genannter Mantel Plume: eine schlotähnliche Struktur, die tausende Kilometer tief an die Grenze von Erdkern und Erdmantel reicht. Der Ursprung des Plumes liegt unter der „Baja California“, mehr als tausend Kilometer südwestlich des Nationalparks.

Auswertungen von Erdbebenwellen hatten bereits so etwas vermuten lassen, aber die Vorstellung eines solchen „Mantel Plumes“ passte nicht zu der Bewegung der Lithosphärenplatten.

Klar ist, dass es sich beim Yellowstone um einen so genannten Intraplattenvulkan handelt. Die meisten Vulkane auf der Welt befinden sich an den Grenzen von Kontinentalplatten, entweder da, wo Material aus dem Erdinneren emporquillt wie am mittelatlantischen Rücken, oder da, wo eine Kontinentalplatte unter die andere abtaucht und schmilzt, wie es entlang der gesamten südamerikanischen Westküste der Fall ist.

Im Gegensatz zum Plattenrand-Vulkanismus geht der Intraplattenvulkanismus auf „Hotspots“ unter der Erdkruste zurück. Das kann man sich vorstellen wie einen Schweißbrenner, der von unten die Gesteinsplatte aufschmilzt – dort, wo quasi ein Loch durchgebrannt wird, erwächst ein Vulkan. Auf diese Weise entstand beispielsweise Hawaii.

Die seismischen Daten für Yellowstone lieferten allerdings lange Zeit kein klares Bild. Das hat sich durch neue Daten und verfeinerte Messmethoden geändert, wodurch der tiefere Teil des Plumes in einer tomographischen Aufnahme abgebildet werden konnte. Es blieben jedoch Lücken im oberen Mantel.

Die Daten waren hier nicht so eindeutig. Diese Lücken füllt die Studie aus dem GFZ nun mit einem Modellierungsergebnis, das den Mantel Plume konsistent mit den Beobachtungsdaten abbildet. Demnach gibt es Bewegungen des zähplastischen Gesteins im unteren Erdmantel, die sich relativ zur Oberfläche nach Südsüdwesten ziehen (Sind Erdbeben und Vulkanausbrüche vorhersehbar? Vesuv und Yellowstone-Caldera mit Schwarmbeben).

Wie die Rauchfahne eines Dampfers zieht sich der Plume dadurch von der Baja California nach Nordnordosten zum Yellowstone Vulkan.

Bernhard Steinberger: „Unsere Studie trägt zu einem besseren Verständnis des Intraplattenvulkanismus bei und stützt die Hypothese eines tiefen Mantel Plumes. Für die Risikoabschätzung des Yellowstone Vulkans hat das aber keinerlei Auswirkungen.

Yellowstone Caldera: Steamboat Geysir sprang wieder

Heute ist der weltgrößte Geysir Steamboat wieder gesprungen. Es war der dritte Sprung in diesem Monat. In den letzten Wochen hat sich da Pausen-Intervall wieder verlängert und liegt nun bei 9 Tagen. Zudem geht wieder ein Bericht über das neue Thermalgebiet am entlegenen Tern Lake durch die Presse.

Es wurde zuletzt im August dieses Jahres von Wissenschaftlern besucht, die sich fasziniert zeigten. Die Evolution des Areals begann vor gut 15 Jahren, als die Vegetation begann abzusterben. Nun ist eine baumlose Flächen entstanden, an der sich der Boden zersetzt und die typische hellgraue Färbung von Thermalgebieten angenommen hat. Es gibt heiße Quellen, aber noch keine Geysire. Das hydrothermale System des Yellowstones ist im steten Wandel begriffen (Yellowstone Supervulkan: Was wirklich unter dem Vulkan geschieht – Geysir bricht neuen Rekord – unterdrückte Seismik-Daten (Video)).

Yellowstone-Supervulkan könnte schneller ausbrechen als gedacht

Wenn der Supervulkan unter dem Yellowstone erneut ausbricht, werden wir vermutlich deutlich weniger Vorwarnzeit haben als bisher angenommen.

Forscher der Arizona State University analysierten kürzlich Mineralien in der versteinerten Asche des letzten großen Yellowstone-Ausbruchs. Sie glauben, dass der Supervulkan zuletzt erwachte, nachdem neues Magma in die Magmakammern unter der Caldera geströmt war.

Die Mineralien offenbarten nun, dass diese gefährlichen Änderungen der Temperatur und Zusammensetzung innerhalb einiger Jahrzehnte stattfanden. Bisher hatten Geologen vermutet, dass der Supervulkan Jahrhunderte benötigen würde, um diesen Wandel zu durchlaufen.

Der Yellowstone befindet sich unter einer Magmakammer, die von einem noch weiter darunterliegenden Magmareservoir gespeist wird. In einer Studie, die in „Nature Geoscience“ erschien, berichteten Peter Nelson und Stephen Grand von der Universität von Texas in Austin nun erstmals, dass die eigentliche Quelle des Supervulkans noch viel weiter in die Tiefe reicht: Ihren Messungen zufolge zieht sich ein gewaltiger Schlauch aus teils geschmolzenem Gestein von der Kern-Mantel-Grenze in 2.900 Kilometern Tiefe bis knapp unter das Magmareservoir.

Eine Studie aus dem Jahr 2013 zeigte zudem, dass das Magmareservoir, aus dem der Supervulkan gespeist wird, etwa zweieinhalb Mal größer ist als bisher geschätzt. Bislang glaubten die Wissenschaftler auch, dass das Reservoir nach jedem großen Ausbruch geleert wird und es daher lange Zeit dauert, bis es sich wieder auffüllt. Basierend auf der neuen Studie scheint es allerdings so, dass sich die Magmakammern vergleichsweise schnell wieder auffüllen. Dadurch wird der Vulkan in geologischen Zeitverhältnissen gewissermaßen innerhalb eines Wimpernschlages wieder potenziell explosiv (Umstrittener Ursprung des Yellowstone-Supervulkans – Geysir springt erneut – Umsiedlung von Amerikanern).

„Es ist schockierend, wie wenig Zeit ein Vulkansystem benötigt, um von einem ruhigen, inaktiven Zustand wieder an die Grenze eines Ausbruchs zu geraten“, erzählte die Co-Autorin Hannah Shamloo der New York Times.

Die neue Studie reiht sich in die Liste der Überraschungen ein, auf welche die Wissenschaftler in den letzten Jahren bei der Untersuchung des Vulkans gestoßen sind.

Der heutige Yellowstone-Nationalpark verdankt einen Großteil seiner vielfältigen geologischen Schönheit seiner ungestümen Vergangenheit. Naturwunder wie der Old-Faithful-Geysir und die Grand Prismatic Spring sind Resultate der geothermischen Aktivität unter dem Park. Diese wiederum wird durch den riesigen Mantel-Plume (ein Aufstrom heißen Gesteinsmaterials) verursacht, welcher den Supervulkan speist.

Vor etwa 630.000 Jahren erschütterte eine gewaltige Eruption die Region und spie etwa 1.000 Kubikkilometer Gestein und Asche in die Luft. Die große Yellowstone-Caldera entstand, ein Vulkankrater von etwa 65 Kilometern Durchmesser, in dem sich der Großteil des heutigen Parks befindet.

Der Ausbruch erzeugte auch den Lava Creek Tuff, eine große, versteinerte Ascheablagerung, die Shamloo und ihre Kollegin Christy Till von der ASU für ihre Arbeit nutzten, die sie im August auf einem Vulkanologenkongress in Oregon präsentierten. Die beiden stellten eine frühere Version ihrer Studie bereits 2016 bei einem Treffen der American Geophysical Union vor.

Ausgehend von solchen versteinerten Ablagerungen glauben Wissenschaftler, dass der Supervulkan in den vergangenen zwei Millionen Jahren mindestens zwei andere derart große Ausbrüche erlebt hat. Glücklicherweise war der Vulkan größtenteils inaktiv, seit die ersten Menschen die amerikanischen Kontinente erreichten. Eine Reihe kleinerer Beben und Ausbrüche haben die Caldera in regelmäßigen Abständen immer wieder mit Lava und Asche bedeckt, zuletzt vor etwa 70.000 Jahren (Der Yellowstone Supervulkan verliert Gas und ein neues Schwarmbeben tritt auf (Video))

2001 berichteten Wissenschaftler, dass sich der Boden über der Magmakammer in einem Zeitraum von sieben Jahren um etwa 25 Zentimeter gehoben hatte.

„Das ist eine außergewöhnliche Erhebung, weil sie ein so großes Gebiet betrifft und die Zuwachsrate so groß ist“, erzählte der Experte für den Yellowstone-Vulkanismus Bob Smith von der Universität Utah National Geographic damals.

Das anschwellende Magmareservoir, welches die Bodenhebung verursachte, lag zu tief, um Ängste vor einem bevorstehenden Ausbruch zu schüren, sagte Smith. Stattdessen lieferte das sanfte „Atmen“ der Caldera wertvolle Einblicke in das Verhalten des Supervulkans (Yellowstone Vulkan: Geysir sprang erneut! Steht ein Ausbruch kurz bevor? Wie weit im Voraus würden wir es wissen? (Videos)).

2012 berichtete ein anderes Team, dass mindestens einer der vergangenen großen Ausbrüche tatsächlich zwei gewesen sein können. Das lässt vermuten, dass Ereignisse dieses Ausmaßes häufiger auftreten könnten als gedacht.

Aber fast alle, die den schlafenden Yellowstone-Supervulkan untersuchen, sagen, dass wir derzeit nicht wissen können, wann der nächste große Ausbruch stattfinden wird. Die US Geological Survey jedenfalls schätzt die jährliche Chance für einen weiteren gewaltigen Ausbruch des Yellowstone auf etwa 1:730.000 – also etwa genauso hoch wie die Chance eines katastrophalen Zusammenstoßes mit einem Asteroiden.

Literatur:

Die Erde im Umbruch: Katastrophen form(t)en diese Welt. Beweise aus historischer Zeit

Erde im Aufruhr

Vulkanismus

Quellen: PublicDomain/gfz-potsdam.de/nationalgeographic.de/vulkane.net/ am 30.11.2019

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