Geoforschung: Erderwärmung macht Vulkane aktiver

Wenn auf der Erde das Klima rasch wärmer wird, brechen die Vulkane rund um den Pazifik viel häufiger aus als in den kühleren Epochen davor. Diesen verblüffenden Zusammenhang beschreiben Steffen Kutterolf vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung (Geomar) in Kiel und Kollegen im Fachjournal „Geology“. Nach Ansicht der Wissenschaftler steckt folgender Mechanismus dahinter: Klettern die Temperaturen, schmelzen die Eismassen und der Meeresspiegel steigt. Das wiederum verändert die Spannungen der Erdschichten in der Nähe der Vulkane erheblich und vergrößert so das Risiko von Eruptionen.

Erste Indizien für einen solchen Zusammenhang waren Kutterolf im Pazifik weit vor der Küste Mittelamerikas aufgefallen. Dort hatten die Wissenschaftler in den Meeresgrund gebohrt und dabei zwölf Ascheschichten gefunden. Jede einzelne war zwischen einem und 15 Zentimeter dick, entstanden als nach Vulkanausbrüchen auf dem Festland feine Partikel ins Meer gerieselt waren. „In den ruhigen Gewässern weit vor der Küste lagert sich Asche aus großen Eruptionen sehr gleichmäßig auf dem Ozeanboden ab, an Land hingegen wird die Asche während heftiger Niederschläge rasch wegschwemmt“, erläutert der Forscher. Der Meeresgrund ist daher ein viel besseres Archiv für die Häufigkeit und Stärke von Vulkanausbrüchen vergangener Jahrtausende.

Als die Wissenschaftler die chemischen Zusammensetzungen der Aschelagen mit den noch vorhandenen Ablagerungen verschiedener Ausbrüche an Land verglichen, bekamen sie heraus, welcher Vulkan Asche für die einzelnen Schichten geliefert hatte. Die Forscher bohrten weiter und fanden am Ende rund 200 Aschelagen, die aus 23 verschiedenen Vulkanausbrüchen stammten. Mit verschiedenen Methoden wie zum Beispiel der Kohlenstoff-14-Isotopen-Datierung ermittelten sie, wann diese Eruptionen stattfanden. Die Daten bargen eine Überraschung: Offensichtlich häuften sich die Vulkanausbrüche in bestimmten Zeiten, während in anderen Epochen die Erde viel seltener glühende Lava und heiße Asche spuckte.

„Danach sammelten wir bereits vorhandene Daten aus dem gesamten ,Feuerring’ rund um den Pazifik, also zum Beispiel von Vulkanausbrüchen in Alaska, auf den Aleuten, in Japan und in Neuseeland“, sagt Kutterolf. Überall dort taucht die Erdplatte, die unter dem Pazifik liegt, unter die Landmassen der Umgebung ab. Dabei wird in der Tiefe das im Sediment enthaltene Wasser frei – und senkt die Schmelztemperatur des umliegenden Gesteins. Magma entsteht. Diese quillt vermutlich durch Spalten im darüberliegenden Gestein nach oben und sammelt sich in größeren Kammern. Dort treten Gase aus und erhöhen den Druck, bis das flüssige Gestein sich in einer gewaltigen Explosion schlagartig den Weg an die Erdoberfläche bahnt. „Solche explosiven Eruptionen sind typisch für die Vulkane im pazifischen Feuerring und liefern uns die Ascheschichten, die wir analysieren können“, erläutert der Geoforscher.

Die ursprünglich für die mittelamerikanische Küste geltende Beobachtung konnte Kutterolfs Kollegin Marion Jegen für alle weiteren Regionen des Pazifiks belegen: Immer wenn das Klima in der letzten Million Jahre von Eiszeiten rasch in Richtung wärmere Epoche schwang, dauerte es etwa 4000 Jahre, bis rund doppelt so viele Vulkane als vorher Lava und Asche in die Atmosphäre schleuderten.

Der Mechanismus, den die Forscher dahinter vermuteten, konnte mithilfe von Computermodellen bestätigt werden: Steigen am Ende einer Kälteperiode die Temperaturen rasch, schmelzen innerhalb weniger tausend Jahre die Gletscher auf den Landmassen. Der Meeresspiegel steigt um rund 120 Meter und vergrößert so das Gewicht, das auf der Pazifischen Platte lastet. Dadurch entstehen in der Erdkruste unter dem Ozean und dem Festland enorme Spannungen. Sie vergrößern vermutlich in den Vulkanregionen vorhandene Spalten im Erdinneren. Durch diese kann mehr flüssiges Gestein als vorher in die Magmakammern unter den Vulkanen strömen. Die Folge sind häufigere Eruptionen, deren Asche die Wissenschaftler in vielen Regionen nachweisen konnten.

Den gleichen Zusammenhang zwischen Klimawandel und häufigeren Eruptionen haben Forscher vor einiger Zeit auch für Island gezeigt. Dort war die Vulkantätigkeit am Ende der letzten Eiszeit vor rund 12 000 Jahren 30- bis 50-mal höher als zuvor. Offensichtlich steckt aber ein anderer Mechanismus dahinter. Während der Kälteperiode lagen die Vulkane unter mächtigen Eispanzern, die entsprechenden Druck auf den Untergrund ausübten. Durch die Erwärmung verschwand das Eis relativ rasch, der Druck sank. Das wiederum beschleunigt das Schmelzen von Gestein in großer Tiefe – unabhängig von der Temperatur im Innern der Erde. Das Resultat ist das gleiche wie im pazifischen Raum: Es entsteht mehr Magma, das nach oben drängt und zu mehr Eruptionen führt.

Was die gegenwärtige Erderwärmung und eine mögliche Häufung von Vulkanausbrüchen betrifft, so ist Kutterolf zurückhaltend. „Heute gibt es viel weniger Eis als am Ende der letzten Kälteperiode“, sagt er. „Schmilzt es, kann es den Meeresspiegel nur um gut die Hälfte der damals gemessenen 120 Meter erhöhen.“ Die dadurch ausgelösten Spannungen wären geringer; ob sie noch stark genug sind, um die Vulkanaktivität zu erhöhen, lasse sich derzeit kaum einschätzen. Hinzu komme, dass sich die Eruptionstätigkeit nach dem Befund der Forscher erst mit rund 4000 Jahren Verspätung verstärke.

Auch für die isländischen Vulkane gilt bisher Entwarnung. Noch spucken sie deutlich weniger Lava als am Ende der letzten Eiszeit.