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Geologie: Klappe zu, Vulkan tot

Schwarze Strände, kristallklares Wasser, üppige Vegetation - die kleine Karibikinsel Montserrat ist ein Traumziel für Fernreisende. Oder besser gesagt war: Denn unter dem Eiland brodelt es heftig, und der Vulkan Soufrière Hills spuckt immer wieder Glut und Asche über das einstige Tropenparadies - in einem unverstandenen Rhythmus.
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20 000 Jahre herrschte Ruhe – zumindest eine, die nicht nachhaltig gestört wurde. Dann brach der Soufrière Hills mit Urgewalt los: Eine heftige Explosion im Nordwestkrater des Vulkans erschütterte am 18. Juli 1995 das britische Überseegebiet Montserrat in der Karibik, Aschewolken stiegen auf, heiße – pyroklastische – Ströme aus Gas und Gestein schossen die Berghänge hinab. Bald wurde der Südteil der kleinen Antilleninsel evakuiert, und Ascheregen gingen auf der verlassenen Hauptstadt Plymouth sowie dem einzigen Flughafen nieder.

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Ausbruch des Soufrière Hills | Diese Nachtaufnahme mit langer Belichtungszeit zeigt die Glutspuren, die ausgeschleuderte Brocken aus dem Soufrière Hills auf den Hängen des Vulkans zurücklassen.
Im November überragte bereits ein Dom den Rand des Vulkankraters, der von heißem Gestein nach oben gedrückt wurde. Immer wieder bebte die Erde und rasten Glutwolken talwärts, zerstörten Straßen und ergossen sich ins Meer, bis es im September 1996 zu einem weiteren Höhepunkt der vulkanischen Aktivität kam: Teile des Doms kollabierten, magmatische Explosionen rissen 600 000 Tonnen Asche in die Atmosphäre, die später große Teile der Südinsel bedeckten, Ernten und Wälder zerstörten. Glutbomben prasselten auf Häuser. Wieder mussten die Bewohner ihre Insel verlassen. Regelmäßig regte sich nun der Soufrière Hills, bis er im August 1997 Plymouth größtenteils verschüttete und zerstörte: Die Hauptstadt musste endgültig aufgegeben werden, ihre Funktion übernahm der kleine Küstenort Brades weiter im Norden Montserrats. Die Tourismusbranche lag darnieder.

Seit damals hat sich das Leben auf dem Eiland einigermaßen normalisiert: Viele Einheimische kehrten zurück, der Fremdenverkehr lebte – in bescheidenem Umfang – neuerlich auf, und rege Bautätigkeit schuf neue Regierungsgebäude, Läden sowie einen Flughafen. Wie ein Schatten hängt der Feuerberg jedoch weiterhin über dem verlorenen Tropenparadies, denn beständig meldet er sich mit Eruptionen, Beben, Ascheregen und Glutwolken: Erst letzten Juli knallte es erneut am Soufrière Hills ohne jegliche Vorwarnung durch seismische Aktivität.

Derek Elsworth von der Penn State University in University Park und seine Kollegen haben nun vielleicht entdeckt, was den Rhythmus des Vulkans während des letzten Jahrzehnts bestimmte – vielleicht ein erster Schritt, ihn nicht nur besser zu verstehen, sondern auch seine Launen eher vorherzusehen. Vor allem eines interessierte die Geologen: Warum brechen der Mount St. Helens, der Pinatubo oder eben der Soufrière Hills nur episodisch aus, wenn sich ihre Magmenkammer doch eigentlich konstant füllen sollte?

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Aschewolken über dem Soufrière Hills und Plymouth | In den Jahren von 1995 bis 1997 überdeckten immer wieder Aschewolken die Inselhauptstadt Plymouth. Als erste Glutströme und weiterer Ascheregen den Ort teilweise zerstörten, wurde er endgültig aufgegeben.
Für ihre Untersuchungen konnten sie auf drei komplette Ausbruchsphasen und die dazwischen liegenden Pausen von Montserrats Nemesis zurückgreifen: Satelliten beispielsweise vermaßen über veränderte GPS-Positionen, wie sich die Erdkruste unter dem Vulkan und seiner Umgebung aufblähte und wieder zusammensackte oder der Dom sich aufbaute und entleerte. Über diese Daten konnten sie zudem rekonstruieren, wie viel Lava im Laufe der Zeit aus dem Vulkan ausfloss. Und Gesteinsanalysen verrieten über die chemische und mineralische Zusammensetzung der Magma, aus welchen Erdschichten das Material letztlich stammte.

Während aktiver Zeiten steigt demnach im Feuerberg Magma rasch und beständig aus einem Reservoir in der Erdkruste in zwölf Kilometern Tiefe auf, das mit Material aus dem noch weiter unten liegenden Mantel genährt wird – darauf deuten basaltische Einsprengsel im ansonsten andesitischen Gestein hin. Dieser Kammer wird dann allerdings weniger geschmolzenes Gestein zugeführt, als nach oben austritt, weswegen sie schrumpft. Pausiert der Vulkan irgendwann, strömt jedoch weiterhin Magma in Mengen von einigen wenigen Kubikmetern pro Sekunde in den Speicher: Er bläht sich wieder auf.

Zwischen ihm und dem Austritt an der Erdoberfläche liegt allerdings noch eine zweite Kammer in fünf bis sechs Kilometern Tiefe, wie die GPS-Daten andeuten. Beide Reservoirs sind miteinander verbunden, und doch verhalten sie sich völlig unterschiedlich: Während das untere der beiden pulsiert, verändert sich das obere praktisch gar nicht – gleich ob der Soufrière Hills relativ ruht oder gehörig spuckt, das Volumen darin bleibt gleich.

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Plymouth' Ende | Der Soufrière Hills hat etwa 80 Prozent von Plymouth, der Hauptstadt der Karibikinsel Montserrat zerstört. Nun bauen die Bewohner eine neue Kapitale weiter im Norden des Eilandes.
Damit steuert entgegen der bisherigen Erwartungen vor allem die tiefere der beiden Kammern die Eruptionszyklen des Vulkans, der ausbricht, wenn sie quasi überläuft und diesen Überschuss in den höheren Speicher exportiert. Dies deute an, dass es zwischen beiden Kammern eine Art Ventil gebe, so der Co-Autor der Studie Glen Mattioli. Dieser Klappenmechanismus verhindert in Ruhezeiten, dass größere Magmenmengen aufsteigen können, und erlaubt, dass sich der untere Speicher wieder füllt, bis dessen maximale Kapazität überschritten wird.

Wie dieses "Ventil" jedoch aussieht und funktioniert, entzieht sich noch der Kenntnis der Forscher: Möglicherweise presst Gasdruck dieses auf, oder Hitze schmilzt es frei. Über die Vermessung der Kammernpulse hoffen sie jedoch, bald genauere Vorhersagen treffen zu können, auch wenn der Eruptionsmechanismus erst einmal komplizierter wurde. Eines können die Geologen zur Zeit allerdings schon sagen: In Ruheperioden ist der Zufluss in den Vulkanmotor momentan pro Zeiteinheit nur halb so groß wie die Verluste während der Ausbrüche. Und da diese Pausen zeitlich nicht ausreichen, um das verlorene Volumen vollständig zu ersetzen, schrumpft die untere Kammer insgesamt von Mal zu Mal. Soufrière Hills und Montserrat versinken also vielleicht bald wieder in einen 20 000-jährigen Schlaf.

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  • Quellen
Elsworth, D. et al.: Implications of Magma Transfer Between Multiple Reservoirs on Eruption Cycling. In: Science 322, S. 246–248, 2008.

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