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Vulkanismus: Explosive Entmischung

Leuchtturm des Mittelmeers - so bezeichneten Seefahrer der Antike den Stromboli. Seine regelmäßigen und harmlosen glutroten Ausbrüche wiesen ihnen schon von weitem den Weg zu den äolischen Inseln und Sizilien. Doch der Feuerberg kann auch ganz anders: Wann und warum er besonders heftig eruptiert, gehört noch zu den Rätseln der Vulkankunde.
LavaausbruchLaden...
Es war ein vorgezogenes Feuerwerk – und keines, das die lokalen Bewohner besonders schätzten: Am 28. Dezember 2002 brach der Stromboli, im Mittelmeer nördlich der Küste Siziliens gelegen, mit unerwarteter Heftigkeit aus. Der Vulkan schleuderte Gesteinsbrocken 200 Meter hoch in die Luft, eine kräftige Explosion erschütterte den Berg, und Asche ging auf die beiden Dörfer der Insel nieder. Gleichzeitig öffnete sich an der Basis eines der Hauptkrater eine Spalte, aus der Lava über die Sciara del Fuoco, die "Straße des Feuers", ins Mittelmeer strömte.

Typische Strombolische EruptionLaden...
Typische Strombolische Eruption | Bei einer typischen Strombolischen Eruption reißen platzende Gasblasen Magmafetzen mit sich.
Zunächst beruhigte sich die Lage wieder, bis am 30. Dezember plötzlich zwei Bergstürze mit mehreren Millionen Kubikmetern Volumen von den Flanken des Vulkans stürzten und ins Meer rauschten. Beide lösten Tsunamis aus, die mit mehreren Meter hohen Wellen an die Küste von Stromboli-Ort rauschten, Boote zerstörten und Menschen verletzten. Gleichzeitig hüllte wieder eine heftige Aschewolke das Dorf ein – allerdings stammte sie diesmal aus aufgewirbeltem Sturzmaterial. Anschließend wurde die gesamte Bevölkerung für zwei Monate auf eine Nachbarinsel evakuiert.

Ähnlich heftige Eruptionen – allerdings ohne Flutwellen – folgten im April 2003, August 2005 und März 2007, zudem ergoss sich immer wieder Lava auf die Sciara del Fuoco und ins Meer. Diese Ausbrüche sind jedoch eigentlich nicht typisch für den Feuerberg. Vielmehr ist er bekannt dafür, ständig mehrmals pro Stunde kleinere Mengen vulkanischer Bomben, glühender Lava und Schlacken oder Asche auszuspucken, ohne dass dabei größere Schäden entstehen – und sie sind die touristische Hauptattraktion der Insel, solange sich der Berg einigermaßen im Zaum hält. Der regelmäßige Auswurf dient sogar als Namensgeber dieser Art von Vulkanismus, der in Fachkreisen als Strombolische Aktivität bekannt ist.

Sie entsteht durch die so genannte Zwei-Phasen-Konvektion, bei der ab einer gewissen Aufstiegshöhe im Vulkanschlot der Dampfdruck der beteiligten Gase höher liegt als der Druck des darüber wabernden flüssigen Gesteins. Dadurch steigen die Gasblasen schneller auf als die Magma. Zerplatzen sie dann an der Oberfläche, reißen sie Lavafetzen mit sich in die Atmosphäre und sorgen dadurch für die fotogenen Ausbrüche. Die entgaste Magma im Krater hingegen verdichtet sich, sackt ab und setzt dadurch den Kreislauf neu in Gang.

In welcher Tiefe und wie diese Gasblasen entstehen – und warum sie bisweilen ausbleiben und sich deshalb Druck im Kessel aufbaut – ist bislang jedoch noch wenig verstanden, weshalb Mike Burton vom Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia im sizilianischen Catania und seine Kollegen dem Stromboli mit ihren Gerätschaften näherrückten. Die während der einzelnen Eruptionen aufgezeichneten seismischen und akustischen Signale sprechen dafür, dass die Blasen aus der relativ geringen Tiefe von 250 Metern unterhalb des Kraters stammen. Da das zwischen den Ausbrüchen kontinuierlich ausströmenden Gas zu 83 Prozent aus Wasserdampf besteht und stets annähernd gleiche Anteile etwa an Kohlen- und Schwefeldioxid sowie Chlorwasserstoff enthält, würde auch seine Zusammensetzung diese Herkunft bestätigen. Das Verhältnis von Kohlenmonoxid zu -dioxid weist zudem darauf hin, dass es zuletzt bei einer Temperatur von 630 bis 760 Grad Celsius in einem thermodynamischen Gleichgewicht mit der Schmelze stand, was schon relativ kühl ist und ebenfalls auf einen eher oberflächennahen Ursprung hinweist.

Lavastrom am StromboliLaden...
Lavastrom am Stromboli | In seltenen Fällen bricht der Stromboli besonders stark aus, sodass auch Lava in großen Mengen ausströmt. Begleitet werden diese Eruptionen von heftigen Explosionen großer Blasen, Ascheregen und mitunter kollabierenden Bergflanken. 2002 entstanden dadurch sogar lokale Tsunamis.
Dramatisch verändert sich dies mit einem strombolischen Ausbruch – nicht nur wegen des Lavafetzenflugs: Das Gas ist mit bis zu 970 Grad Celsius nun genauso heiß wie die gleichfalls ausgestoßene Gesteinsschmelze. Gleichzeitig steigen die Gehalte an Kohlenmonoxid und -dioxid, Schwefeldioxid sowie Carbonylsulfid an, während der Wasserdampfanteil sinkt. Da sie damit noch Zeugnisse ihrer tiefen Quelle mit sich tragen, müssen sich die Blasen demnach schon deutlich früher von der Magma abgesondert haben. Nach den Berechnungen der Forscher fand dies bei einer Gleichgewichtstemperatur von 1000 bis 1140 Grad Celsius statt – je heißer, desto weiter unten im Schlot schlossen sich kleine Bläschen zu großen zusammen und stiegen auf.

An welchem Punkt genau dies passiert, bestimmt die Heftigkeit der Eruptionen: Besonders starke Explosionen haben daher ihren Ursprung in – errechneten – 2,7 Kilometern Tiefe an der Basis des Stromboli, wo ein Druck von etwa 70 bis 80 Megapascal herrscht. Um dagegen aufsteigen zu können, müssen sich besonders viele Bläschen zu einer sehr großen zusammenfinden, die oben angekommen entsprechend gewalttätig platzt. Schwächere strombolische Ausbrüche beginnen rund 800 Meter unterhalb des Kraters, was etwa in Höhe des Meeresspiegels ist.

Wie die Gasblasen entstehen – durch einfaches Vereinigen, durch schaumiges Wachstum an Hindernissen oder durch Kollision schnell aufsteigender mit langsameren Bläschen –, können die Vulkanologen nicht exakt bestimmen. Doch spricht ihrer Ansicht nach einiges dafür, dass die besonders großen Blasen durch reine Akkumulation entstehen. Denn sie bilden sich vornehmlich, wenn sehr viel Lava austritt und gleichermaßen gasreiche Magma an der Basis nachströmt. Umgekehrt erklärt dies erhöhte Entgasungen, Bebentätigkeit und Explosionen in besonders aktiven Phasen des Stromboli.

Die dann gemessenen seismischen und akustischen Erschütterungen aus 250 Metern Tiefe haben dagegen nichts mit den Gasblasen zu tun, denn sie wurden sowohl 2002 als auch 2003 gemessen, obwohl sich in der Zwischenzeit eine Kluft an der Flanke des Stromboli auftat, aus der Lava austrat. Dadurch kam es zu einer Druckentlastung in der Magmensäule, sodass der Bebenherd tiefer hätte liegen müssen. Da er ortsfest blieb, vermuten Burton und seine Kollegen hier einen Knick oder ein sonstiges Hindernis im Schlot, was die Gase zu einem veränderten Fluss zwingt und sich in den Aufzeichnungsgeräten niederschlägt. Ob diese Ergebnisse zu einer verbesserten Vorhersage größerer Ausbrüche führen kann, wagen die Forscher noch nicht zu sagen. Der Stromboli jedenfalls hält sich seit April etwas zurück – und sammelt vielleicht Blasen für den nächsten harten Schlag.
13.07.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13.07.2007

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