Am 19. September 2021 brach der Vulkan Tajogaite auf der kanarischen Insel La Palma aus – der folgenreichste Vulkanausbruch in der Geschichte der Insel. Ein von der University of Manchester geführtes Forscherteam hat das Magma des Jahrhundertereignisses im Labor untersucht und gefunden, dass eine vorausgehende »Überhitzung« des Magmas ausschlaggebend dafür sein kann, wie ein Vulkan ausbricht.

Vulkaneruptionen lassen sich in zwei unterschiedliche Klassen aufteilen: effusive Eruptionen, bei denen das Magma aus dem Vulkan ruhig und friedlich herausfließt, sowie explosive Eruptionen, bei denen sich so viel Druck aufbaut und plötzlich entlädt, dass die charakteristischen Fontänen entstehen. Für Gefahreneinschätzung und präventive Schutzmaßnahmen ist es in der Vulkanologie von zentraler Bedeutung, vorherzusagen, bei welchem Vulkan mit welchem Ausbruchstyp zu rechnen ist. Das ist bei einer Vielzahl an ausschlaggebenden Kriterien extrem komplex, denn sie hängen von der chemischen Zusammensetzung des Magmas, dessen Gasgehalt und dem Druck im Erdinneren bis zu den strukturellen Eigenschaften des Vulkans ab.

Das alles beeinflusst, wie sich die kristalline Struktur des abkühlenden Magmas bildet, ob die Gase eingeschlossen bleiben und sich damit Druck aufbauen kann. Das in »Nature Communications« veröffentlichte Paper hat einen weiteren Zusammenhang identifizieren können: ob und inwiefern sich das flüssige Gestein auf dem Weg an die Oberfläche überhitzt.

Auch flüssiges Magma behält eine kristalline Struktur – oder zumindest dessen Andeutung. Kleine, beständige »Kristallkeime« helfen bei der Bildung der eigentlichen Kristalle, wenn das Magma abkühlt. Die Forschungsgruppe konnte jetzt in einem neu entwickelten, röntgentransparenten Druckbehälter zeigen, dass sich auch diese »Keime« ab einer bestimmten Temperatur auflösen. Geschieht dies im Vulkan, so verzögert sich die Kristallbildung und das Magma bleibt länger flüssig.

Ein Vulkan im Labor

Die Forschungsgruppe stellte fest, dass Magma, das nicht überhitzt worden war, innerhalb von etwa 20 Minuten zu kristallisieren begann. Im Gegensatz dazu verzögerte sich die Kristallbildung bei Magma, das zuvor starker Überhitzung ausgesetzt war, um mehr als acht Stunden.

Diese Erkenntnisse pflegte das Team in numerische Modelle des Magmaflusses ein. Wie sich zeigte, führen lange Kristallisationsverzögerungen dazu, dass das Magma schnell aufsteigt. Dabei bleibt es relativ flüssig und begünstigt somit explosive Lavafontänen. Wenn das Magma dagegen schon früh zu kristallisieren beginnt, wird es zäher und dickflüssiger und steigt langsamer auf. Dabei haben die enthaltenen Gase mehr Zeit zu entweichen, der Druck sinkt, und es kommt eher zu ruhigen, gleichmäßigen Lavaflüssen.

Die Forschungsarbeit motiviert dazu, in der Risikobewertung eines Vulkans nicht nur Magmenchemie, Gasgehalt und Druckveränderungen zu berücksichtigen, sondern auch die Hitzeentwicklung vor dem Ausbruch sowie die Details der Kristallbildung.