Ausgangslage

Rund zwanzig Supervulkane wurden bisher entdeckt. Dazu zählen auch die vergleichsweise kleinen Phlegräischen Felder bei Neapel (Bild). Bislang war unklar, was die bis zu mehrere Kilometer dicken und hundert Kilometer breiten Magmakammern von Supervulkanen explodieren lässt. Beobachten konnte man ein solches Ereignis noch nicht, Supervulkane machen nur rund alle 100.000 Jahre Rabatz, in historischer Zeit war keiner aktiv. Wissenschaftler können sich von den Explosionen nur anhand von Asche- und Gesteinsschichten ein vages Bild machen. 2014 haben zwei Forschergruppen einen Auslöser für solche Eruptionen ausfindig gemacht. Und der ist erschreckend einfach ...

Untersuchung

Wissenschaftler um Carmen Sanchez-Valle, Professorin an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, bestimmten die Dichte von Magma in Supervulkanen mithilfe von Röntgenstrahlen. Darauf basierend untersuchten sie künstlich hergestellte Magmaschmelzen unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen. "Die Ergebnisse zeigen, dass bei einer ausreichenden Größe der Magmakammer alleine der durch Dichteunterschiede verursachte Überdruck genügt, um die darüberliegende Kruste zu durchbrechen und eine Eruption in Gang zu setzen", sagt Carmen Sanchez-Valle. Die Dichteunterschiede zwischen dem flüssigen Magma und dem festen Umgebungsgestein reichen also bereits aus, um die Kammer explodieren zu lassen. "Der Effekt ist vergleichbar mit dem Auftrieb eines mit Luft gefüllten Fußballs unter Wasser, der durch das schwerere umgebende Wasser nach oben gedrückt wird", erklärt Wim Malfait, der ebenfalls an der Studie beteiligt war. Weitere Mechanismen wie tektonische Spannungen oder eindringendes Wasser seien gar nicht nötig. Forscher um Luca Caricchi von der Universität Genf kamen zum gleichen Ergebnis. Sie nutzten Computermodelle, Daten bekannter Supervulkane und 1,2 Millionen Simulationen.

Folgen eines Ausbruchs

Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, schlafende Supervulkane besser einzuschätzen - etwa wie schnell ihr Magma die Erdkruste durchdringen und an die Oberfläche gelangen kann. Supervulkane sind zwar eine seltene, aber eine ernsthafte Bedrohung. Durch ihr untypisches Aussehen sind sie nicht leicht zu erkennen. Bislang sind rund zwanzig Supervulkane weltweit bekannt. Supervulkane brechen nicht aus, sie explodieren. Laut einer gängigen Definition werden dabei mindestens 1.000 Kubikkilometer Material ausgeworfen. Das sind rund tausend Mal mehr als bei der Eruption des Pinatubo 1991 auf den Philippinen, die zu den schwersten Ausbrüchen des 20. Jahrhunderts zählt. Auch die folgenschweren Ausbrüche des Krakatau (1883) und Tambora (1815) waren noch vergleichsweise harmlos - ihre Auswurfmassen betragen nur wenige Prozent einer Supereruption. Asche und Gesteinsfragmente können dabei bis zu dreißig Kilometer hoch in die Atmosphäre geschleudert werden und sich auf das Klima auswirken. Anstelle eines Vulkankegels hinterlassen solche Eruptionen ein riesiges Loch in der Erdkruste, die ausgeleerte Magmakammer, deren Durchmesser bis zu hundert Kilometer betragen kann. Solche Überbleibsel sind die Yellowstone-Caldera in den USA, der Toba-See in Indonesien und der Taupo-See in Neuseeland.

Explosiv

Richtig wütend wird ein Vulkan, wenn seine Nahrung zäh ist: In dickflüssigem Magma kann das enthaltene Gas nicht so leicht aufsteigen. Dann baut sich immer größerer Druck auf, bis sich die Gase schließlich in einer gewaltigen Explosion Luft machen.

Das passiert hauptsächlich in Subduktionszonen, weil Magma aus aufgeschmolzener Erdkruste besonders reich an Silizium und deshalb sehr zähflüssig ist. Wenn die ozeanische Kruste abtaucht und schmilzt, gelangt außerdem Wasser ins Magma - eine hochexplosive Mischung.

Effusiv

Friedlicher läuft ein Ausbruch mit dünnflüssigem Futter ab: Dann können die Gase unterwegs leichter entweichen. Das Magma steigt langsam im Schlot höher, bis der Vulkan überläuft und ein kilometerlanger Lavastrom herausquillt.

Solche effusiven Ausbrüche ereignen sich hauptsächlich an Hot Spots und Divergenzzonen, wo zwei Gesteinsplatten auseinanderdriften und die Erde aufreißt.

Explosiv-effusiv

Manche Vulkanausbrüche sind jedoch auch Mischungen: Ein Teil der Magmakammer wird explosiv ausgespuckt und dann effusiv weitergeblubbert.

Aa-Lava

Bei Vulkanen, die in Ruhe effusiv statt aufbrausend explosiv ausbrechen, treten Lavaströme aus. Dabei sind zwei Hauptarten zu unterscheiden: Aa- und Pahoehoe-Lava.

Aa-Lava bedeutet auf Hawaiianisch "schlecht begehbare" Lava. Ihre spitzen, scharfkantigen Blöcke entstehen bei langsamen Lavaströmen von eher niedriger Temperatur. Dann fallen rotglühende Klumpen von den Vulkanhängen ab und purzeln nach unten. Beim Abkühlen bleiben unterschiedlich stark miteinander verschweißte, raue Brocken übrig. Auf dem Teide auf Teneriffa kann man sie zum Beispiel bewundern. Hat das Gestein eine relativ glatte Oberfläche, nennt man diese Form auch Blocklava.

Pahoehoe-Lava

Pahoehoe-Lava stammt ebenfalls aus dem Hawaiianischen und bedeutet so viel wie "seilartige" Lava: Seil-, Strick- oder Fladenlava erinnert an nebeneinanderliegende Seile.

Mit einer Temperatur von rund 1.000 Grad ist sie heißer und dünnflüssiger als Blocklava und fließt schneller. Kühlt sie ab, bildet sich auf ihrer Oberfläche eine Haut, die ihr das glatte bis wulstige Muster verleiht.

Blöcke/Bomben

Brechen Vulkane explosiv aus, werfen sie Lockermaterial aus.

Blöcke und Bomben nennt man die ausgeworfenen Gesteine ab einem Durchmesser von 64 Millimetern. Sie können so groß wie ein Haus werden. Blöcke werden bei einer Explosion vom Kraterrand abgesprengt, waren also bereits fest. Bomben dagegen bestehen aus noch weichen aus dem Vulkan geschleuderten Lavafetzen, die sich während des Fluges verformen.

Lapilli

Sind die hinausgeschleuderten Gesteine zwischen zwei und 64 Millimeter groß, spricht man nicht von Bomben, sondern von Lapilli.

Asche

Bei Asche sind die Teilchen kleiner als zwei Millimeter. Sie entsteht aber nicht durch Verbrennung, sondern durch eine Explosion, die das Magma zerstäubt. Ein Vulkan kann riesige Aschewolken in die Atmosphäre katapultieren. Wenn die Körnchen auf die Erde zurückfallen und sich dort verfestigen, entsteht Tuff.

Glutwolken

Das gefährlichste, was einem Vulkan entweichen kann, sind Glutwolken, auch pyroklastische Ströme genannt. Dabei handelt es sich um eine bis zu 800 Grad heiße Mischung aus Lockermaterial und Gasen. Solche Wolken werden mehrere hundert Kilometer pro Stunde schnell und wälzen sich bei einer Explosion oder wenn eine hochgeschleuderte Aschewolke in sich zusammenfällt hangabwärts. Dabei begraben sie alles, was ihren Weg kreuzt. Weil sie so unberechenbar auftreten, ist es nahezu unmöglich, sich rechtzeitig in Sicherheit zu bringen.