Der Vulkan Stromboli in Italien ist einer der aktivsten der Erde. Jetzt hat ein neues Computermodell enthüllt, dass die bisherigen Vorstellungen zu den Vorgängen in seinem Inneren nicht stimmen können. Statt riesiger, frei aufsteigender Gasblasen soll vielmehr ein poröser Pfropf die fast schon regelmäßigen Eruptionen erklären, wie eine jetzt in der Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research“ erschienene Studie zeigt.
Der nördlich von Sizilien auf einer eigenen Insel liegende Vulkan Stromboli ist fast schon berechenbar: Seit Tausenden von Jahren bricht er alle fünf bis 20 Minuten aus und speit dabei Fontänen von Asche, Schlacken und Lava mehrere Meter hoch. Dieses Ausbruchsverhalten ist so einzigartig, dass Vulkanologen einen Eruptionstyp nach ihm benannten: die strombolianische Aktivität. Bisher glaubten die Forscher, den Mechanismus hinter diesen fast schon regelmäßigen Ausbrüchen verstanden zu haben: Große Gasblasen, so die Theorie, wandern in den Schloten durch das geschmolzenen Magma nach oben. Mit sinkendem Umgebungsdruck dehnen sie sich aus und verschmelzen teilweise miteinander. Die mehrere Meter großen Riesenblasen gelangen schließlich an das Ende des Schlots und platzen dort.
Riesenblasen nicht stabil
Doch diese Vorstellung muss möglicherweise nun revidiert werden. Geowissenschaftler um Jenny Suckale, Brad Hager und Lindy Elkins-Tanton vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben gemeinsam mit dem Mathematiker Jean-Christophe Nave die Vorgänge im Inneren des Vulkans mit Hilfe eines komplexen Computermodell simuliert und dabei Überraschendes festgestellt: Wenn im Modell der Gasblasen- und Magma-Mischung die Größenverhältnisse denen des Vulkans angepasst werden, werden die Gasblasen instabil. Es ist ihnen unmöglich, länger als eine Sekunde erhalten zu bleiben.
Widerspruch zu Flüssigkeitsdynamik
Nach Angaben von Suckale widerspricht das bisherige Modell grundlegenden Prinzipien der Dynamik von Flüssigkeiten. Die großen Blasen können nicht stabil sein, weil Magma nicht genügend Oberflächenspannung besitzt und auch die Viskosität nicht ausreicht, um die Blasen größer als ein paar Dutzend Zentimeter werden zu lassen.
„Die Leute nehmen Labormodelle als Analog für den Vulkan, aber die Größenordnungen sind unterschiedlich und die Flüssigkeitsdynamik ist von diesem Parameter abhängig“, erklärt die Geowissenschaftlerin. Suckale geht jedoch durchaus davon aus, dass es im Inneren Gasblasen gibt, die von einer unbekannten Quelle in der Tiefe erzeugt werden. Aber ihrer Ansicht nach müssen diese Blasen signifikant kleiner sein, maximal einige Zentimeter groß.
Poröser Pfropf als Eruptionsauslöser?
Zudem steigen die Blase vermutlich nicht frei durch den Schlot auf, sondern stoßen auf ein Hindernis: Die MIT-Forscher postulieren die Existenz eines porösen Pfropfens, unter dem sich die Blase zunächst sammeln. Wird der Druck zu groß, brechen die feinen Strukturen des Pfropfens und Gas, Gesteinstrümmer und flüssige Lava schießen explosiv in die Höhe. Nach dem Ausbruch kristallisiert ein Teil der Lava wieder und bildet einen neuen, schwammartig porösen Pfropfen. Das Vorhandensein eines solchen Hindernisses könnte auch erklären, warum in Proben vom Stromboli ungewöhnlich viele winzige Kristalle enthalten sind – sie werden beim Zerbrechen des Pfropfens ausgeschleudert.
Kathy Cashman, Geologin an der Universität Oregon kommentiert dieses neue Eruptionsmodell für den Stromboli positiv: Ihrer Ansicht nach trägt diese Modellierung dazu bei, das Verständnis der Vulkanologen für die Gastransfer-Prozesse im Stromboli weiter voranzubringen und könnte sogar Einblicke auch in nichteruptive Prozesse liefern, mit denen Vulkane Gas freisetzen. Sie betont jedoch auch, dass Suckales Studie erst einen ersten Schritt hin zu einer vollständigen Modellierung der sehr komplexen Systeme bildet.
Das sieht auch Suckale so. Die Geowissenschaftlerin arbeitet bereits an einem neuen Modell, das erklären soll, wie der bisher nur theoretisch postuliert Pfropf im Stromboli funktioniert und warum er so häufig bricht. Die Forscherin verspricht sich von der Modellierung nicht nur Aufschlüsse über den Stromboli, sondern auch über weitere Vulkane, deren Eruptionen nach ähnlichem Prinzip ablaufen.
(Massachusetts Institute of Technology, 02.08.2010 – NPO)
