Glutflüssige Schmelze: Die Magmakammer des Yellowstone-Supervulkans enthält mehr glutflüssiges Magma als bisher angenommen. Demnach liegt der Anteil der Silikatschmelze bei 16 bis 20 Prozent statt bei weniger als zehn Prozent, wie neue seismische Daten enthüllen. Der Supervulkan könnte damit dem ausbruchsreifen Zustand näher sein als bisher angenommen. Eine große Eruption des Yellowstone-Vulkans steht aber trotzdem nicht bevor, wie die Forschenden in „Science“ betonen.
Unter dem Yellowstone-Park in den USA liegt einer der größten Supervulkane der Erde verborgen. Der von einem Hotspot und zwei Magmakammern gespeiste Vulkan ist in den letzten rund 20 Millionen Jahren mehr als 140-mal ausgebrochen. Einige seiner Mega-Eruptionen bedeckten halb Nordamerika mit Asche. Der letzte große Ausbruch vor rund 630.000 Jahren könnte sogar einen jahrzehntelangen vulkanischen Winter ausgelöst haben.
Erwacht der Supervulkan?
Aber wie aktiv und gefährlich ist der Yellowstone-Vulkan heute? Wiedererwachende Geysire, leichte Erdbeben und eine Hebung der Yellowstone-Caldera belegen, dass der Supervulkan nicht erloschen ist, sondern nur ruht. Vulkanologen vermuten, dass der größte Teil des Magmas in den beiden Reservoiren noch in einem halbkristallisierten Zustand vorliegt. Gängigen Modellen zufolge droht eine Eruption aber erst, wenn der Anteil geschmolzenen flüssigen Magmas über 35 bis 50 Prozent steigt.
Das Problem jedoch: Bisherige seismische Daten waren zu grob, um den Anteil der Schmelze bei diesem Supervulkan zu ermitteln. Eine leichte Verlangsamung der seismischen Wellen sprach aber für einen Schmelzanteil von weniger als zehn Prozent. Mehr Klarheit über den Zustand des Yellowstone-Magmas schaffen nun neue tomografische Kartierungen von einem Team um Ross Maguire von der University of Illinois.
Starke Verlangsamung seismischer Wellen
Für ihre Studie werteten sie 20 Jahre an seismischen Daten aus, die von verschiedenen engmaschigen und globalen seismischen Messnetzen stammen. Neben dem dauerhaft installierten Messnetz im Yellowstone Park und mehreren vorübergehend installierten Seismometer-Verbünden gehörte auch ein transportabler Array des EarthScope-Programms dazu. Für die Analyse der Laufzeiten konnte das Team so auf Daten von 4991 Stationspaaren zurückgreifen.
Das Ergebnis: „Die tomografischen Aufnahmen zeigen unter der Yellowstone-Caldera eine starke Anomalie der Laufzeiten auf Höhe des Magmareservoirs „, berichten Maguire und seine Kollegen. In dieser drei bis acht Kilometer unter der Erdoberfläche liegenden Zone waren die Laufzeiten der seismischen Wellen teils um mehr als 30 Prozent verlangsamt. „Das ist substanziell stärker als zuvor festgestellt“, so das Team. Die langsamste Zone lag dabei in rund fünf Kilometer Tiefe.
Bis zu 20 Prozent Schmelzanteil im Magma
Was aber bedeutet dies für den Zustand des Magmas? Um das herauszufinden, glichen die Forschenden ihre Daten mit einem geophysikalischen Modell für das Schmelzverhalten verschiedener Gesteinszusammensetzungen ab. Nach diesem müsste das Magma im oberen Reservoir des Yellowstone-Vulkans zu 16 bis 20 Prozent schmelzflüssig sein. „Wir schätzen das Gesamtvolumen der silikatischen Schmelze auf mehr als 1.600 Kubikkilometer“, schreiben die Vulkanologen.
Demnach enthält die obere Magmakammer des Yellowstone-Vulkans fast doppelt so viel schmelzflüssiges Magma wie zuvor geschätzt. Den tomografischen Daten nach sammelt sich diese flüssige Gesteinsschmelze wahrscheinlich oberhalb des restlichen, halbkristallinen Magmas. Unklar ist allerdings noch, ob diese Gesteinsschmelze einen zusammenhängenden flüssigen Überstand bildet oder ob es sich um viele kleine, zwischen den kristallinen Anteilen verteilte Vorkommen handelt.
Nicht genug für die große Eruption
Insgesamt legen diese Ergebnisse nahe, dass der Yellowstone-Supervulkan einer aktiven Phase näher sein könnte als zuvor vermutet. Gleichzeitig jedoch besteht keine unmittelbare Eruptionsgefahr, wie Maguire und sein Team betonen: „Die kritische Schwelle für den Schmelzanteil liegt Schätzungen zufolge bei 35 bis 50 Prozent“, erklären sie. „Der von uns ermittelte Anteil liegt demnach substanziell unter dem, was man beim Yellowstone-Vulkan in der eruptiven Phase seines Zyklus erwarten würde.“
Mit anderen Worten: Die große Eruption wird noch auf sich warten lassen – eine akute Gefahr besteht nicht. „Auch wenn unsere Ergebnisse zeigen, dass das Yellowstone-Magmareservoir substanzielle Schmelzen in den Tiefen besitzt, die frühere Eruptionen speisten“, schreiben Maguire und seine Kollegen. „Unsere Studie bedeutet trotzdem nicht, dass es einen eruptiven Anteil gibt oder dass eine zukünftige Eruption droht.“
Kleine „Huster“ nicht ausgeschlossen
Allerdings schließen die Vulkanologen nicht aus, dass es mittelfristig zu kleineren Ausbrüchen des Vulkans kommen könnte. So könnte die angesammelte flüssige Schmelze ihren Schätzungen nach für Eruptionen ähnlich denen vor 70.000 bis 170.000 Jahren reichen. Damals entstanden 17 Lavaströme mit einem Volumen von fünf bis 50 Kubikkilometern. (Science, 2022; doi: 10.1126/science.ade0347)
Quelle: Science, American Association for the Advancement of Science (AAAS)
