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Vulkanismus: Wird der Ätna zum Pulverfass?

Europas aktivster Vulkan gilt als relativ gutartig, da seine gasarmen Magmen sich in zwar spektakulären, aber doch eher harmlosen Lavaströmen ergießen. Nach neuen Erkenntnissen gab es allerdings auch in historischer Zeit schon gefährliche explosive Ausbrüche, die Teile des Gipfels wegsprengten. Und jüngste Untersuchungen offenbaren einen Trend zu gewalttätigerem Verhalten.


Im vergangenen Jahr geriet der Ätna wieder einmal in die Schlagzeilen. In den Monaten Juli und August hielt er die Öffentlichkeit mit einem heftigen Flankenausbruch in Atem. Ein Lavastrom zerstörte einen Teil der Touristenstation "La Sapienza" auf 1950 Meter Höhe und bedrohte tagelang die Ortschaft Nicolosi. Die Zusammensetzung des Gesteins erwies sich als ungewöhnlich; ähnlich zähflüssige Laven waren zuletzt vor etwa 15000 Jahren in größeren Mengen ausgetreten. Damals ereignete sich eine Serie katastrophaler explosiver Ausbrüche, die einen der Vorgängervulkane des Ätna einstürzen ließen.

Im Herbst verkündeten dann Schlagzeilen in der internationalen Presse, das Wahrzeichen Siziliens sei dabei, sich aus einem relativ friedlichen Feuerberg, der hauptsächlich eher harmlose Lavaströme hervorbringt, in einen explosiven und damit viel gefährlicheren Vulkantyp zu verwandeln – ähnlich dem berüchtigten Mount St. Helens, der 1980 einen Teil seines Kraters wegsprengte. Könnte ein solches Schicksal in der näheren Zukunft auch dem Ätna drohen?

Das scheint trotz allem unwahrscheinlich. Dennoch dürfte sein Eruptionsverhalten auf lange Sicht bedrohlichere Züge annehmen. Und die jüngsten Eruptionen machen eines deutlich: Der Ätna ist eine schillernde Erscheinung und immer für Überraschungen gut.

Sein Name leitet sich aus einem alten indogermanischen Stamm ab und bedeutet so viel wie "verbrannt" oder "brennend". Die Sizilianer nennen ihren Vulkan allerdings oft auch nur "a muntagna" (der Berg) oder "Mongibello", eine Zusammenziehung aus dem italienischen Wort monte und dem arabischen gibel, was beides Berg bedeutet. Dies erinnert heute noch an die Zeit, als sich die Araber im 9. Jahrhundert auf Sizilien niederließen und den unruhigen Riesen "Gibel Utlamat" tauften: Berg des Feuers.

Die Liste an Berichten und Legenden über die Tätigkeit des Ätna reicht min-destens 2000 bis 3000 Jahre zurück. Eine relativ lückenlose und verlässliche Chronik gibt es aber erst seit dem 17. Jahrhundert. Frühere Erwähnungen beschränken sich meist auf besonders heftige Ausbrüche. Dazu zählen jene aus den Jahren 122 vor Christus sowie 1169, 1329, 1536 und vor allem 1669, als sich die schwerste historische Eruption ereignete. Damals trat aus einer mehrere Kilometer langen Spalte in der Nähe von Nicolosi ein gewaltiger Lavastrom aus, ergoss sich etwa fünfzehn Kilometer weit bis ins Meer und begrub einen Teil von Catania unter sich. Die zerstörten Viertel wurden im Barockstil aus Lava wiederaufgebaut und prägen seither das markante Stadtbild.

Energiegeladener Dauerbrenner

Mit einem Volumen von etwa 350 Kubikkilometern und einer Oberfläche von rund 1200 Quadratkilometern ist der Ätna der größte Vulkan Europas. Sein 3340 Meter hoher, oft schneebedeckter Gipfel ist an klaren Tagen sogar von den rund 100 Kilometer entfernten Liparischen Inseln zu sehen. Dabei bestehen nur die obersten 2000 Meter des Riesen aus vulkanischem Material. Sie ruhen auf einem nach Osten hin abfallenden nicht-vulkanischen Sockel aus Sedimenten, welche die gesamte Zeitspanne von der Oberkreide (vor rund 100 Millionen Jahren) bis zum Quartär (der heutigen geologischen Periode) überdecken. Bei manchen Ausbrüchen können Blöcke dieses Untergrundgesteines vom empordringenden Magma mitgerissen und ausgeschleudert werden. Dies geschieht, wenn sich die Gesteinsschmelze beim Aufstieg erst neue Wege schaffen muss, wie es bei Flankenausbrüchen in der Regel der Fall ist. Auch bei der Eruption im Juli/August 2001 wurden zahlreiche Blöcke aus weißem Sandstein ausgeworfen.

Der Ätna ist etwas über eine halbe Million Jahre alt. Überbleibsel der frühesten, zum Teil untermeerisch ausgeflossenen Lavaströme liegen noch an einigen Küstenabschnitten als so genannte Kissenlaven zu Tage, so die berühmten Zyklopenfelsen bei Acicastello (einige Kilometer nordöstlich von Catania). Der Sage nach handelt es sich um Felsbrocken, die der von Odysseus geblendete Zyklop Polyphemos in seiner Wut den fliehenden Griechen nachschleuderte.

Zunächst entstand in einer leichten Senke im Gebiet des heutigen Ätna ein flacher Schildvulkan. Heute sitzt darauf ein deutlich steilerer Kegel, der sich aus mindestens fünf Generationen von Vulkanbauten zusammensetzt. Sie haben sich im Laufe der letzten 100000 bis 200000 Jahre auf den teilweise eingestürzten und erodierten Resten des jeweiligen Vorgängers übereinander getürmt. Zu den Besonderheiten des Ätna gehört, dass seine Flanken hunderte Schlackenkegel tragen, die bei seitlichen Ausbrüchen entstanden sind. Der heutige Kegel, "Mongibello recente" genannt, ist etwa 5000 bis 8000 Jahre jung.

Der Ätna zählt zu den am besten und längsten erforschten Vulkanen der Welt. Trotzdem ist er einer von denen, die noch immer am meisten Rätsel aufgeben. Um was für einen Typ von Vulkan handelt es sich und warum existiert er überhaupt? Wie kommt es, dass ausgerechnet in diesem Gebiet Magma entsteht und – noch dazu in so großen Mengen – an die Erdoberfläche dringt? Im Vergleich mit anderen Vulkanen ist der Ätna nämlich äußerst produktiv; in den letzten drei Jahrzehnten förderte er im Mittel etwa dreißig Millionen Kubikmeter Vulkangestein pro Jahr und bis zu 300 Kubikmeter Lava pro Sekunde während der heftigsten Ausbruchsphasen.

Die Antwort auf diese Fragen ist letztlich in der Plattentektonik zu suchen. Nach dieser zentralen Theorie der Geowissenschaften besteht die feste Erdhülle aus einigen Dutzend riesiger, starrer "Lithosphärenplatten". Sie setzen sich aus der Kruste sowie dem obersten, starren Teil des Mantels zusammen. Zwischen 5 und 150 Kilometer mächtig, driften sie unabhängig voneinander über die Erd-oberfläche. Dabei können sie mehr oder weniger ruckartig aneinander entlanggleiten, sich voneinander entfernen oder übereinander schieben. Dementsprechend teilt man die etwa 530 aktiven Vulkane weltweit anhand ihrer plattentektonischen La-ge in drei Typen ein.

Vulkan ist nicht gleich Vulkan

Der erste Typ findet sich an so genannten Riftzonen, an denen zwei Platten auseinander driften. Das beste Beispiel dafür ist das zehntausende Kilometer lange System der mittelozeanischen Rücken. An einer solchen Dehnungszone entsteht gleichsam ein Riss in der Lithosphäre. Dadurch wölbt sich der darunter liegende, heißere und plastisch verformbare Teil des oberen Mantels auf. Dies ist mit einer Druckentlastung verbunden, die das aufsteigende Gestein teilweise schmelzen lässt. Dabei entsteht ein in seiner Zusammensetzung typisches Magma vom basaltischen Typ, das einen hohen Anteil an Eisen und Magnesium enthält. Es dringt in die Lücken zwischen den auseinander driftenden Platten ein und füllt sie kontinuierlich mit neuer ozeanischer Kruste.

Vulkane des zweiten Typs treten an "Subduktionszonen" auf, an denen genau der gegenteilige Vorgang abläuft: Zwei Lithosphärenplatten kollidieren. Dabei taucht gewöhnlich eine abgekühlte und daher schwerere ozeanische unter eine kontinentale Platte ab. Wasser und andere flüchtige Bestandteile, die in der abtauchenden Platte enthalten sind, treten bei den enormen Drücken in Tiefen von ungefähr hundert Kilometern aus und entweichen in den darüber liegenden heißeren Mantelkeil. Dort senken sie den Schmelzpunkt des Gesteins.

Die resultierenden Magmen unterscheiden sich deutlich von den basaltischen Schmelzen der Riftzonen. Sie haben einen höheren Anteil an Gasen und einigen aus der subduzierten Platte he-rausgelösten Spurenelementen. Außerdem ändern sie beim Aufstieg entlang tektonischer Störzonen durch das Auskristallisieren einzelner Bestandteile und andere Vorgänge ihre chemische Zusammensetzung. Typischerweise bilden sich sekundäre Magmen, die mehr Silizium und weniger Eisen und Magnesium enthalten und daher viel zähflüssiger als basaltische Schmelzen sind. Außerdem enthalten sie weitaus mehr gelöste Gase. Beides macht Subduktionsvulkane explosiver als die Feuerberge an Riftzonen.

Bei einer Eruption wird ein Großteil des Magmas schlagartig ausgeworfen und dabei in vulkanische Bomben, Lapilli und Asche zerfetzt. Es entstehen so genannte Strato- oder Schichtvulkane mit steilen Kegelformen, in denen Lagen von Lockerprodukten mit verhältnismäßig kurzen, zähen Lavaströmen abwechseln. Vulkane dieses Typs bilden den so genannten Feuerring rund um den Pazifik. Bekannte Beispiele sind der Mt. St. Helens (USA), der Unzen (Japan) und der Pinatubo (Philippinen), die in den letzten drei Jahrzehnten gefährliche explosive Ausbrüche hatten.

Vulkane des dritten Typs schließlich entstehen unabhängig von den Bewegungen der Lithosphärenplatten an "Hot Spots" (heißen Flecken). Dort steigen Ströme oder pilzartige Gebilde aus überdurchschnittlich heißem, plastischem Mantelmaterial – so genannte Plumes – durch Wärmekonvektion tief aus dem Erdmantel auf und bohren sich wie Schweißbrenner durch die Erdkruste. Die meisten stammen wahrscheinlich von der Grenze zwischen oberem und unterem Mantel in 670 Kilometern Tiefe, einige entspringen aber vielleicht auch dicht über dem flüssigen äußeren Erdkern in 2900 Kilometern Tiefe.

Auch hier lässt die Druckabnahme beim Aufstieg das Gestein teilweise schmelzen, wobei wie an Riftzonen basaltische Magmen entstehen. Hot-Spot-Vulkane erzeugen gewöhnlich dünnflüssige Lavaströme, die sehr flache Kegel oder so genannte Schildvulkane aufbauen. Das bekannteste Beispiel ist der Mauna Loa auf Hawaii. Schildvulkane können enorme Volumina einnehmen und bilden – vom Meeresboden aus gerechnet – die größten Bergmassive der Erde.

Im Spannungsfeld widerstrebender Kräfte

Der Ätna allerdings passt nicht in dieses wohlgeordnete Schema. Er lässt sich keinem der drei genannten Vulkantypen eindeutig zuordnen. Er befindet sich in einem geologisch hochkomplizierten Gebiet, das seine heutige Gestalt tektonischen Prozessen während der letzten fünfzig bis sechzig Millionen Jahre verdankt, die zum Teil heute noch anhalten. Dabei wurde ein Ozeanbecken, das sich einst zwischen Afrika und Eurasien befand, weitgehend von der eurasischen Platte verschluckt. Reste davon sind noch an einigen Stellen erhalten – im ionischen Becken und im östlichen Mittelmeer. Bei der Kollision der beiden Kontinente spalteten sich, bedingt durch großräumige Scherkräfte in Verbindung mit der Öffnung des Atlantiks (und der Trennung von Nordamerika und Eurasien), schon vor etwa hundert Millionen Jahren zwei Mikroplatten ab: Iberia von der eurasischen und Adria von der afrikanischen Platte.

An den verschiedenen Kollisionsfronten wurden dann die jungen Faltengebirge des Mittelmeerraums aufgeworfen. Die Appeninnen, zu denen auch Kalabrien und große Teile Siziliens gehören, entstanden beim Zusammentreffen der Mikroplatten Iberia und Adria. Zur selben Zeit schufen regionale Dehnkräfte wiederholt kleinere Meeresbecken und spalteten einzelne Kontinentalblöcke ab. So entstand das ligurisch-balearische Meer bei der Trennung von Sardinien und Korsika von der iberischen Platte vor rund dreißig bis zwanzig Millionen Jahren. Vor etwa acht bis zwei Millionen Jahren öffnete sich schließlich das tyrrhenische Meer. Durch beide Vorgänge wurde die italienische Halbinsel um beachtliche 120 Grad gegen den Uhrzeigersinn in ihre heutige Lage gedreht.

Der Ätna befindet sich nahe am ehemaligen "Dreiländereck" zwischen der europäischen, der afrikanischen und der adriatischen Platte. Einzelne Blöcke aller drei Platten wurden auf Sizilien überei-nander geschoben und miteinander verschweißt. Heute schneiden sich im Bereich des Ätna mehrere große Verwerfungen, die wahrscheinlich auf regionale Dehnungs- und Scherkräfte in der Kruste zurückzuführen sind. Von ihnen hat die Cómiso-Messina-Störung, die einen Graben ähnlich dem Oberrheintal darstellt, die größte Bedeutung. Hier ist die Kruste an parallelen Nähten aufgerissen und das dazwischen liegende Gebiet abgesunken. So entstand die Straße von Messina, die Sizilien von Kalabrien trennt.

Lange sah man in den Verwerfungen, die sich am Ätna kreuzen, die Ursache für dessen Aktivität. Allerdings liefern sie weniger eine Erklärung für die Entstehung des Vulkans als dafür, auf welchen Wegen Magma aufsteigen kann. Vielen Theorien zufolge überwiegt in der Kruste am Ätna Dehnungstektonik, die ähnlich wie an Riftzonen die Lithosphäre verdünnt und die Asthenosphäre darunter passiv zum Aufwölben und Aufschmelzen bringen könnte. Wie das mit den Kompressionskräften der gegeneinander stoßenden afrikanischen und europäischen Platten zu vereinbaren ist, bleibt aller-dings offen. Außerdem besitzen nur etwa zwanzig Prozent der ausgetretenen Basalte die für solche Riftzonen charakteristische chemische Zusammensetzung.

Seinen Produkten und der Art der Tätigkeit nach zu urteilen scheint der Ätna noch am ehesten mit den Hot-Spot-Vulkanen verwandt zu sein. In jüngster Zeit wird daher vermutet, dass er aus einem aktiven Plume entstanden ist. Allerdings muss man sagen, dass sich mit keinem der verschiedenen Modelle bislang alle Besonderheiten des eigenwilligen Feuerspuckers befriedigend erklären lassen.

Beispielsweise gehört der Ätna zu den ganz wenigen Vulkanen, die eine so genannte Dauertätigkeit aufweisen, also keine oder nur sehr kurze Ruhepausen zwischen aktiven Phasen einlegen. Dies setzt voraus, dass ständig Magma aus dem Erdmantel nachströmt und dass ein permanent offener Aufstiegsweg für die Schmelze existiert. Die Verbindung der Krater mit den Magmareservoiren, die etwa 2 sowie 20 bis 30 Kilometer unter dem Gipfel vermutet werden, scheint in der Tat ein extrem langlebiges Gebilde zu sein. Das bestätigen auch seismische Untersuchungen, wonach sich das Magma relativ geräuscharm, also ohne auf viel Widerstand zu stoßen, nach oben bewegt.

Tückische Lavafontänen

Welche Form die vulkanische Aktivität des Ätna jeweils annimmt, hängt vor allem davon ab, wie hoch die Schmelze im Inneren des Vulkans steht. Im oberen Bereich der Magmasäule herrscht ein relativ niedriger Druck, sodass gelöste Gase (unter anderem Wasser und Kohlendi-oxid) ausperlen. Die entstehenden Blasen steigen im Magma auf und können einen Teil davon mitreißen. Mit zunehmender Höhe und weiter sinkendem Druck werden immer mehr Gase freigesetzt, was den Prozess beschleunigt. An der Oberfläche der Magmasäule treten die Gasblasen explosionsartig aus und schleudern dabei flüssige und feste Bestandteile der Schmelze sowie Nebengestein in Form von mehr oder weniger großen Teilchen oder Brocken davon. Solange das Magma tief im Schlot steht, erreichen nur die freigewordenen Gase und feinste Aschepartikel den Kraterrand. Wenn es sich weiter oben befindet, werden auch größere Blöcke (Schlacken und Bomben) ausgeworfen. Steigt die Magmasäule in seltenen Fällen über den Kraterrand hinaus an, läuft die Schmelze über und bildet einen Lavastrom.

Für einen basaltischen Vulkan gibt sich der Ätna erstaunlich temperamentvoll. Neben Lavaströmen zeigt er permanente, rhythmisch stattfindende Explosionen, die Dampf, Asche und teilweise auch glühende Lavabrocken ausschleudern. Diese so genannte strombolianische Aktivität kulminiert manchmal in kontinuierlichen, mehrere hundert Meter hohen Lavafontänen. Sie erreichten während der spektakulären Ausbrüche des Südost-Kraters in der ersten Hälfte des Jahres 2000 die enorme Höhe von 1200 Metern – ein weltweiter Rekord.

Einen solchen Ausbruch aus der Nähe mitzuerleben, kann lebensgefährlich sein, wie ich am eigenen Leib erfahren habe. Im Februar 2000 schien der Südost-Krater einem geheimen Rhythmus zu folgen. Über mehrere Wochen hinweg ereigneten sich außergewöhnlich heftige Eruptionen in regelmäßigen Abständen von etwa 12 oder auch 24 Stunden. Zusammen mit anderen Beobachtern wartete ich am 15. Februar 2000, etwa einen Kilometer vom Krater entfernt, auf den nächsten Ausbruch.

Zermürbt von sechs Stunden Ausharren in eisiger Kälte und stürmischem Wind auf fast 3000 Meter Höhe wollen wir nach Einbruch der Dunkelheit schon den Rückzug antreten, da steigen auf einmal Dampfwolken aus dem Krater auf und werden immer dichter. Bald folgen graue Aschenstöße. Und schon nach wenigen Minuten zeigen sich die ersten glühenden Brocken, die gespenstisch in einzelnen, schwachen Explosionen im Krater auf- und niedertanzen. Dieses Spiel währt einige Minuten. Dann werden die Explosionen zuerst langsam und dann mit atemberaubender Geschwindigkeit immer stärker. Wir schätzen die Wurfhöhe der Blöcke auf 50, dann 100, 200, 300, 500 und schließlich weit mehr als 1000 Meter über dem Gipfel. Binnen kurzem ist der ganze Kegel mit glühenden Lavabomben bedeckt. Gleichzeitig beginnt ein Springbrunnen von gelber Lava aus einer Spalte unterhalb des Kraters herauszuquellen. Die glühende Schmelze läuft wie Wasser den 300 Meter hohen steilen Hang hinunter und verzweigt sich am Fuß des Kegels zu einem breiten Delta.

Nach etwa fünfzehn Minuten erreicht der Ausbruch seinen dramatischen Höhepunkt. Die einzelnen Explosionen sind in eine 700 bis 1000 Meter hohe Fontäne übergegangen, die die nächtliche Szene taghell erleuchtet und bis zum Zenit zu reichen scheint. Zugleich erfüllt ein unheimliches dumpfes Dröhnen die Luft, überlagert vom kanonenartigen Getöse des explodierenden Magmas und den zischenden Fluggeräuschen der Lavabomben. Manche schlagen ganz in unserer Nähe in den Schnee ein. Zum Glück schießt die Lava vertikal in die Luft, und das fallende Material wird vom kräftigen Wind von uns weggeblasen. 150 Meter von uns entfernt hängt eine dunkle Wand aus herabregnenden Lapilli.

Spitzenplatz bei den natürlichen Luftverschmutzern

Doch plötzlich ändert die Fontäne ihre Richtung. Ein seitlicher Strahl kommt direkt auf uns zu! Bis uns die Gefahr bewusst wird, vergehen einige Sekunden, doch wir schaffen es gerade noch rechtzeitig, unter das Dach der alten Bergstation "Torre del Filosofo" zu flüchten. Schon regnet es um uns herum glühende Steine; Lavabomben aller Größen fallen krachend auf das Gebäude oder landen Funken sprühend im Schnee. Glücklicherweise bleibt das 50 Zentimeter starke Betondach von größeren Blöcken verschont. Nur zehn Meter weg schlägt eine zwei Meter große Bombe ein, die einen fünf Meter breiten Krater im Boden hinterlässt und noch Stunden später im Inneren glüht.

Der Albtraum scheint uns endlos, ist aber tatsächlich nach zwei Minuten vorbei: Die Lavafontäne richtet sich wieder vertikal auf und bleibt noch einige Minuten majestätisch so stehen. Dann versiegt der Nachschub aus der Tiefe, und die Feuersäule bricht jäh zusammen, als würde sie vom Krater verschluckt. Einige letzte schwache Explosionen, und der Spuk ist nach dreißig Minuten vorbei. Vor uns liegt ein 300 Meter hoher, noch rot glühender Kegel, an dem sich nichts mehr regt.

Ausbrüche wie dieser erklären sich durch den hohen Gehalt der Ätna-Laven an Gasen – außer Wasserdampf und Kohlendioxid auffallend viel Schwefeldioxid. Dessen Ausstoß erreichte während einer Eruptionsphase bis zu 20000 Tonnen pro Tag. Damit nimmt der Ätna einen Spitzenplatz in der Weltrangliste der natürlichen Luftverschmutzer ein.

Allerdings ist ein so extrem hoher Gehalt an Schwefeldioxid normalerweise typisch für die explosiven Vulkane an Subduktionszonen. Dass der Ätna dennoch den Ruf eines friedlichen Gesellen genießt, liegt daran, dass seine basaltischen Laven anders als die der Subduktionsvulkane sehr dünnflüssig sind. Sie entgasen daher leicht und können dann als Lavaströme austreten.

In den letzten Jahren haben Vulkanologen aber entdeckt, dass sich in der jüngeren geologischen Vergangenheit am Ätna durchaus auch hochexplosive Eruptionen ereignet haben. Dabei wurden – ähnlich wie bei den Ausbrüchen des Pinatubo 1991 oder Mt. St. Helens 1980 – in kürzester Zeit mehrere Kubikkilometer Asche und gröberes Material in einer gewaltigen Eruptionssäule in die Atmosphäre geschleudert.

Noch bis vor wenigen Jahren hätte man bei basaltischen Vulkanen wie dem Ätna ein derart explosives Gebaren nicht für möglich gehalten. Doch der letzte solche Ausbruch scheint sich sogar erst vor recht kurzer Zeit ereignet zu haben: im Jahr 122 vor Christus. Damals wurden weit über ein Kubikkilometer Basaltlava in einer Eruptionssäule ausgeworfen, die 24 bis 26 Kilometer hoch in die Atmosphäre aufgestiegen sein muss.

Die dabei abgelagerten Aschen und Lapilli erreichen im Gipfelbereich des Ätna über zwei Meter Mächtigkeit. Im Umkreis der dreißig Kilometer entfernten Stadt Catania sind die Lagen immer noch 10 bis 25 Zentimeter dick. Würde sich ein solcher Ausbruch heute wiederholen, wäre dies eine Katastrophe. Die Menge an niederfallender Asche brächte fast alle Hausdächer zum Einsturz. Die Kanalisation würde verstopft und die gesamte Infrastruktur in einer Gegend zerstört, in der etwa eine Million Menschen leben.

Auch der Flankenausbruch im Juli/August 2001 passt ins Bild der Eigenwilligkeiten des Ätna. War man – wie ich – am Schauplatz, kam man nicht umhin, das beunruhigende Gefühl zu haben, dass die Eruption ungewöhnlich heftig war. Sie begann am 17. Juli. Innerhalb weniger Tage öffneten sich fünf Spalten, aus denen große Mengen Lava austraten. Ein gewaltiger Strom glutflüssigen Gesteins wälzte sich bis vier Kilometer vor Nicolosi und veranlasste den Zivilschutz, Vorbereitungen für eine mögliche Evakuierung zu treffen. Allerdings wurde die Bedrohung der Ortschaft von den Medien aufgebauscht. Obwohl die Gewalt des Ausbruchs viele überrascht hatte, bestand für das Dorf noch keine akute Gefahr, da sich der Lavastrom stark verlangsamte und die Eruption nicht lange genug anhielt. Es hätte aber auch anders kommen können.

Großräumige Sperren wurden eingerichtet, um die herbeiströmenden Scharen schaulustiger Einheimischer und Touristen fern zu halten. Rund um die Uhr arbeiteten Feuerwehrleute an den Skihängen fieberhaft daran, künstliche Dämme und Gräben zu baggern, um Lavaströme umzuleiten und dadurch die Seilbahn sowie die wichtigsten Einrichtungen auf der bedeutenden Touristenstation "La Sapienza" in 1950 Metern Höhe zu retten. Dies gelang teilweise. Mehr durch Glück entkam wenigstens die Tal-station der Seilbahn den Lavaströmen, allerdings nur um Haaresbreite.

Weiter oben, auf 2500 Meter Höhe, entstand ein neuer Krater, der tagelang mit gewaltiger Kraft aktiv war. Unermüdlich spie er Lavafontänen und dichte Aschewolken und wuchs in kurzer Zeit zu einem etwa hundert Meter hohen neuen Kegel heran. Der Wind wehte die Teilchenwolke nach Südosten und tauchte den tiefer gelegenen Hang in einen stau-bigen Regen aus trockener, schwarzer Asche, die die Sonne verschleierte und sich wie feiner Sand über alles legte. In Catania kam der Flugverkehr mehrfach zum Erliegen, was in der Haupttouristensaison ein beträchtliches Chaos auslöste. An manchen Tagen war die mehrere hundert Kilometer lange Aschewolke von Satelliten aus gut sichtbar.

Ein besonderes Schauspiel boten auch riesige, kreisrunde Magmablasen, die manchmal in dem neuen Krater aufstiegen und mit ungeheuerer Wucht und kanonenartigem Getöse zerplatzten. Sie zu beobachten, war allerdings eine heikle Angelegenheit. Einerseits musste man stets nach Bomben Ausschau halten, die von mehr als einem Kilometer Höhe he-rabfallen konnten. Andererseits ließ sich das Getöse des Kraters aus weniger als einem Kilometer Abstand schutzlos kaum ertragen. In gut 500 Metern Entfernung musste ich Ohrenstöpsel tragen.

Beim Platzen der Magmablasen entstanden Druckwellen, die wie unsichtbare Geister durch die Luft rasten. Zu spüren waren sie als heftiger Schlag auf den ganzen Körper. Noch in vielen Kilometern Abstand erschütterten die Detonationen noch Türen und Fenster – ähnlich dem Überschall-Knall eines tief fliegenden Düsenjets. Selbst die Einheimischen, die an den Vulkan gewöhnt sind, zeigten sich über das Toben besorgt.

Die wissenschaftliche Sensation war jedoch, dass es sich eigentlich um zwei unabhängige, simultan stattfindende Ausbrüche handelte. Die Aktivität der Eruptionsspalten in Gipfelnähe (zwischen 2700 und 3000 Metern Höhe) bildete letztlich nur die Fortsetzung einer schon seit mehreren Jahren andauernden Tätigkeit des Südost-Kraters. Der andere Ausbruch ereignete sich dagegen an den tiefer liegenden Spalten zwischen 2100 und 2500 Metern Höhe. Die hier geförderte Lava unterschied sich völlig von der ursprünglicheren – Vulkanologen sagen "primitiveren" – Lava der Gipfelkrater. Sie musste sich offenbar über längere Zeit in einem separaten Reservoir angesammelt und entsprechend chemisch verändert haben. Außer den schon erwähnten Sandsteinblöcken waren zahlreiche, bis zu mehrere Zentimeter große Kristalle des am Ätna sehr seltenen Minerals Amphibol darin zu finden. Es hat neben Eisen, Magnesium und Silizium auch Wasser in seiner Kristallstruktur gebunden und kann sich daher nur aus Magmen bilden, die von vorneherein sehr viel Wasser enthalten oder es in der Magmakammer langsam von außen aufnehmen.

Auf der Suche nach der Magmaquelle

Ähnliche Laven sind zuletzt in größeren Mengen vor etwa 15000 Jahren gefördert worden. Wie man inzwischen weiß, ereignete sich damals eine Serie katastrophaler explosiver Ausbrüche, die zum Einsturz eines der Vorgängervulkane des Ätna geführt haben. Auch dies ist eine beunruhigende Erkenntnis, die nicht so recht ins Bild des Ätna als friedlichem Vulkan passen will. Könnte es in der näheren Zukunft erneut eine verheerende explosive Eruption geben?

Die Antwort hängt ganz wesentlich davon ab, woher die Magmen stammen, die den Ätna letztlich speisen. Um deren Ursprung zu ergründen, müsste man die chemische Zusammensetzung des Gesteins tief im Erdmantel ermitteln, aus dem die Original-Schmelze entsteht. An der Oberfläche austretendes Magma liefert keinen direkten Aufschluss über die eigentliche Magmaquelle; denn es unterliegt bei seinem Aufstieg chemischen Veränderungen, die seinen ursprünglichen Charakter verschleiern. Dennoch gibt es eine Möglichkeit, das Original-Magma zu beobachten. Die Chance dazu bieten so genannte Schmelzeinschlüsse. Wenn sich bereits in einem sehr frühen Stadium Kristalle im Magma bilden, können sie bei ihrem Wachstum kleine Tröpfchen der umgebenden Schmelze einschließen. Diese bleibt danach von allen weiteren chemischen Veränderungen abgeschirmt und so als winzige Probe des primitiven Magmas erhalten.

Solche Einschlüsse zu analysieren ist allerdings aufwendig, und deshalb gab es für den Ätna bis vor kurzem kaum entsprechende Daten. Diese Lücke wollten Pierre Schiano (Université Blaise-Pascal, Paris), Roberto Clocchiatti (Centre d?Etude Nucléaire de Saclay, Gif-sur-Yvette) und ihre italienischen Kolleginnen Luisa Ottolini (CNR, Pavia) und Tiziana Busà (Università di Catania) schließen. Und so begannen sie 1996 mit einer umfassenden Untersuchung der primitiven Magmen des Ätna und benachbarter Vulkane. Hilfreich dabei war, dass Clocchiatti über eine einmalige Sammlung mit Hunderten von prähistorischen und historischen Lavaproben des Ätna (darunter alle seit 1982 produzierten) verfügt. Außerdem hat er sich seit langem mit geradezu leidenschaftlichem Eifer der Aufgabe verschrieben, das Verhalten des größten europäischen Feuerbergs zu verstehen. "Ich liebe den Ätna wegen seiner Schönheit und seiner Unberechenbarkeit", bekennt er, "und nach zwanzig Jahren Arbeit fange ich an, ein wenig Erfahrung zu haben."

Um möglichst ursprüngliche Schmelze zu finden, suchten die Forscher unter dem Lichtmikroskop nach glasartigen Einschlüssen in Olivinkristallen, da diese sich schon sehr früh aus einem Magma abscheiden. Die entdeckten, weniger als 0,2 Millimeter großen Bläschen schmolzen sie zunächst mit einer Heizplatte unter der Probe wieder auf. Damit wollten sie eventuelle Inhomogenitäten innerhalb der Einschlüsse beseitigen, die zum Beispiel durch die Bildung von Mikrokristallen nachträglich entstanden sein könnten. Beim Abschrecken der Proben entstand dann ein homogenes Glas mit dem chemischen Charakter der ursprünglichen Schmelze. Dieses analysierten die Forscher mit einer so genannten Elektronen-Mikrosonde. Dabei wird ein fein gebündelter Elektronenstrahl auf eine winzige Stelle der Probe gelenkt. Er regt die dort vorhandenen Atome dazu an, eine für sie charakteristische Röntgenstrahlung auszusenden. Dadurch lässt sich die chemische Zusammensetzung der Probe an der gemessenen Stelle mit hoher Genauigkeit ermitteln.

Verräterische Spurenelemente

Von besonderem Interesse sind dabei so genannte Spurenelemente, die nur in äußerst geringen Mengen vorkommen. Die meisten davon haben eine ausgeprägte Tendenz, in eine schon vorhandene Schmelze überzugehen. Vereinfacht ausgedrückt, finden sie wegen der Ladung und Größe ihrer Ionen in den Kristallgittern der gewöhnlichen Gesteinsminerale nur schlecht Platz, weshalb sie auch "inkompatibel" genannt werden. Bildet sich nun irgendwo im Mantel eine Schmelze, reichern sich diese Spurenelemente schon in den ersten Tröpfchen stark an. Dabei bewahren sie ihr ursprüngliches Mengenverhältnis. Dank dieser Eigenschaft können sie wie ein Fingerabdruck zur Charakterisierung des Ausgangsgesteins dienen.

Magmen von Hot-Spot-Vulkanen, die aus Plumes und damit aus tieferen Mantelbereichen stammen, haben normalerweise relativ hohe Konzentrationen an inkompatiblen Spurenelementen; denn ihr Ausgangsgestein ist gegenüber der ursprünglichen Zusammensetzung des Erdmantels noch kaum verändert. Außerdem verflüssigt sich meist nur ein relativ geringer Teil des Plumes, sodass sich die inkompatiblen Elemente stark in der Schmelze anreichern. Dagegen enthalten Basaltmagmen, die an Riftzonen durch Aufschmelzen des obersten Mantels entstehen, die meisten inkompatiblen Spurenelemente nur noch in geringen Konzentrationen. Einerseits ist das Ausgangsgestein nämlich schon durch frühere Schmelzvorgänge an diesen Elementen verarmt, andererseits liegt der Aufschmelzungsgrad in aller Regel höher als bei Plumes, was die Spurenelemente im Magma zusätzlich verdünnt.

An Subduktionszonen schließlich beeinflussen leichtflüchtige Stoffe wie Wasser oder Kohlendioxid aus der abtauchenden Platte den Schmelzvorgang. Einige inkompatible Spurenelemente wie Strontium, Kalium, Rubidium und Barium werden durch die wasserhaltigen Lösungen aus der subduzierten Platte leicht ausgewaschen und reichern sich in den entstehenden Magmen sehr stark an. Andere dagegen – insbesondere Niob, Titan und Zirkonium – verlieren unter diesen Umständen ihre Neigung, in die Schmelze überzugehen: Sie sind in den wasser- und kaliumreichen Magmen der Subduktionszonen nur wenig löslich. Dies spiegelt sich in charakteristischen, negativen Konzentrationsanomalien dieser Elemente wieder.

Die Analysen von Schmelzeinschlüssen, die in Labors in Paris und Pavia (Italien) vorgenommen wurden, hatten ein überraschendes Ergebnis. Die älteren, bis vor etwa 100000 Jahren entstandenen Magmen des Ätna entsprachen in ihrer Zusammensetzung denen der benachbarten älteren sizilianischen Vulkane der Ibleischen Berge, die heute erloschen sind. Ihrem Inventar an Spurenelementen nach zählen sie eindeutig zu einem bestimmten Typ von Hot-Spot-Vulkanen, dem zum Beispiel auch die Azoren angehören. Dies unterstreicht, dass der Ätna ursprünglich durch denselben Plume wie seine Nachbarvulkane in den Monti Iblei gespeist wurde.

Die jüngeren Magmen aus den letzten 100000 Jahren liefern dagegen ein anderes Bild. Einerseits besitzen sie höhere Konzentrationen an den am meisten inkompatiblen Elementen wie Cäsium, Kalium, Rubidium und Barium, anderer-seits sind sie stark an Niob, Titan und Zirkonium verarmt. Erstaunlich ähnliche Muster finden sich bei den Vulkanen des benachbarten Liparischen Inselbogens wie Stromboli oder Vulcano. Diese verdanken ihre Herkunft dem Abtauchen ozeanischer Kruste des ionischen Mee-res in nordwestlicher Richtung unter Kalabrien.

Zeichen einer Charakteränderung

Offenbar enthalten die jüngeren Magmen des Ätna also neben dem Hot-Spot-Anteil zunehmend eine zweite Komponente der gleichen Zusammensetzung wie jene Schmelze, die bei den Liparischen Inselvulkanen austritt. Schiano und Clocchiatti sind überzeugt, dass diese Übereinstimmung nicht auf Zufall beruht und die zweite Komponente der Ätna-Magmen tatsächlich dieselbe ist, die auch Stromboli und Vulcano speist. "Wenn man bedenkt, dass der Ätna in einer sehr komplizierten Region liegt, die sich nicht mit einfachen plattentektonischen Modellen erfassen lässt", meint Schiano, "erstaunt es mich am meisten, dass man alle Variationen auf die Mischung von nur zwei Komponenten zurückführen kann."

Wie kommt diese Mischung zu Stande? Denkbar wäre, dass sich die beiden Komponenten an verschiedenen Orten bilden und irgendwo im Fördersystem des Ätna zusammentreffen. So könnte Magma von der Subduktionszone bei den Liparischen Inseln an tektonischen Störungen entlang zum hundert Kilometer entfernten Ätna wandern. Tatsächlich liegt dieser an einer Bruchzone, die sich bis nach Vulcano erstreckt. Dennoch scheint es eher unwahrscheinlich, dass eine unterirdische Verbindung der beiden Vulkangebiete existiert. Am meisten spricht dagegen, dass bei den geologisch jüngeren Ausbrüchen am Ätna keine Magmen mit reinem Plume-Charakter mehr ausgetreten sind.

Alternativ müsste man eine Mischung der beiden Magmaquellen selbst annehmen. Demnach wäre ein Teil der subduzierten ionischen Lithosphäre in den Einflussbereich des Ätna-Plumes gelangt und hätte sich ihm überlagert. Wie kann das geschehen sein?

Schiano und seine Mitarbeiter schlagen als einfachstes Modell vor, dass die Subduktionszone allmählich nach Süden gewandert ist. Tatsächlich lässt sich heute östlich von Kalabrien keine aktive Subduktion ionischer Lithosphäre mehr nachweisen. Seismischen Untersuchungen zufolge befindet sich der früher abgetauchte Teil der ionischen Lithosphäre (der den Vulkanismus des Liparischen Inselbogens hervorgebracht hat) nun als schmaler Streifen im Mantel unter dem östlichen und zentralen Bereich des tyrrhenischen Meeres. Dieser Streifen hat sich also vermutlich von seiner Mutterplatte abgetrennt. Er schwimmt nun so-zusagen losgelöst im Mantel und taucht, sich biegend, immer tiefer ab.

Bisher scheint der Ätna der erste Vulkan zu sein, bei dem ein derartiger Übergang von einem Vulkantyp zum anderen beobachtet wurde. Laut Schiano und Clocchiatti manifestiert sich der von ihnen festgestellte chemische Trend auch in den heutigen Laven. Einige Forscher weisen zudem darauf hin, dass sich die Aktivität des Ätna seit den 1970er Jahren deutlich gesteigert hat. Dies mit der sich wandelnden Identität des Vulkans in direkte Verbindung zu bringen, wäre aller-dings unangebracht. Vermutlich erleben wir nur gerade den Nachschub einer größeren Menge frischen Magmas aus dem Mantel.

Wenn der vor etwa 100000 Jahren gestartete Prozess weitergeht, dürfte der Ätna allerdings mit der Zeit deutlich gewaltsamer ausbrechen und damit seinen relativ gutmütigen Charakter verlieren. Doch wird dies mit Sicherheit nicht von heute auf morgen geschehen. "Ein wichtiger Punkt ist", betonen Schiano und Clocchiatti, "dass sich die beobachteten Veränderungen in geologischen Zeiträumen und nicht während eines Menschenlebens abspielen". Einige 10000 Jahre könnte es also schon noch dauern, bis eindeutig feststeht, ob die Forscher mit ihrer pessimistischen Prognose Recht behalten und der Ätna sich tatsächlich in eine Art zweiten Vesuv verwandelt. Bis dahin bleibt den Sizilianern reichlich Zeit, sich auf die veränderte Situation einzustellen.

Literaturhinweise


Transition of Mount Etna Lavas from a Mantle-Plume to an Island-Arc Magmatic Source. Von P. Schiano, R. Clocchiatti, L. Ottolini und T. Busà in: Nature, Bd. 412, S. 900 (30. 8. 2001).

The Formation of Mount Etna as the Consequence of Slab Rollback. Von Z. Gvirtzman und A. Nur in: Nature, Bd. 401, S. 782 (21. 10. 1999).

Discovery of a Plinian Basaltic Eruption of Roman Age at Etna Volcano, Italy. Von M. Coltelli, P. Del Carlo und L. Vezzoli in: Geology, Bd. 26, Nr. 12, S. 1095 (1998).

Der Ätna. Von H. Pichler und R. Schick in: Spektrum der Wissenschaft 1/1985, S. 46.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 5 / 2002, Seite 54
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
5 / 2002

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 5 / 2002

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