Mikroskopische Kristalle im Magma bestimmen nach neuer Studie das Ausmaß der Vulkangefahr

Die Forscher konzentrierten ihre Untersuchung auf Magma, das bei der 2021er Tajogaite-Eruption auf La Palma in Spanien gesammelt wurde.

Es handelte sich um eine verheerende 85-tägige Katastrophe, bei der 3.000 Gebäude zerstört und Tausende Aufbau mit dem für Röntgenstrahlen durchlässigen, intern beheizten Druckbehälter, der an der Diamond Light Source (UK) für Echtzeitexperimente verwendet wurde. Bildnachweis: Barbara Bonechi.

Vulkanische Bedingungen erschaffen Stellen Sie sich zwei identische Vulkane vor. Diese beiden besitzen exakt die gleiche chemische Zusammensetzung, den gleichen Gasgehalt und den gleichen Untergrunddruck.

Haltbarkeit im Praxistest

Doch wenn der Ausbruch stattfindet, ergießt sich der eine sanft als harmloses Schlamm, während der andere gewaltsam Flammenvorhänge in den Himmel schleudert. Experten haben sich lange mit dieser unregelmäßigen Verhaltensweise herumgeplagt. Nun haben sie eine Antwort gefunden.

Es stellt sich heraus, dass die verborgene thermische Geschichte des Magmas bestimmt, wie gefährlich es sich verhält.

Um dieses Geheimnis zu entschlüsseln, reisten die Forscher nach La Palma, Spanien, und sammelten abkühlende Gesteinsproben aus dem Ausbruch diese vulkanischen Proben mit und stellte den thermischen Prozess mit einem neu entwickelten röntgendurchlässigen Druckbehälter nach. Die Gesteine wurden mit intensiver Hitze und Druck behandelt.

Anschließend beobachtete das Team, wie das

Anschließend beobachtete das Team, wie das Magma in Echtzeit schmolz, mittels hochleistungsfähiger Synchrotron-Röntgenmikrotomographie. Was sie sahen, änderte alles. Normalerweise stützt sich flüssiges Magma beim Abkühlen auf seinem Weg zur Oberfläche auf mikroskopische Kristall-"Samen", um die Verfestigung einzuleiten.

Es ist wie Staub in der Atmosphäre, der zur Bildung ägt. Aber wenn Magma vor seinem Aufstieg einer plötzlichen Zufuhr extremer Hitze ausgesetzt wird – ein Zustand, der als Überhitzung bekannt ist –, lösen sich diese winzigen Kristallkeime auf.

Die unterirdische Alchemie des Vulkans zeigt, dass extreme Temperaturen mikroskopische Kristallkeime auflösen und die innere Struktur des Magmas homogenisieren, wodurch das neue Kristallwachstum stark behindert wird.

Diese strukturelle Veränderung hält das Magma

Diese strukturelle Veränderung hält das Magma hochflüssig und bestimmt direkt, wie schnell es zur Oberfläche aufsteigt und wie leicht eingeschlossene vulkanische Gase entweichen können. Diese beiden kritischen Faktoren entscheiden letztlich, ob eine Eruption eine gewaltsame Explosion oder ein sanftes Fließen darstellt.

Es wurde festgestellt, dass nicht überhitztes Magma in nur kristallisiert, während überhitztes Magma das Kristallwachstum um mehr als acht Stunden verzögert. Wenn diese Verzögerungen in Computersimulationen des Magmaaufstiegs berücksichtigt wurden, zeigten die Modelle einen deutlichen Kontrast im vulkanischen Verhalten.

Der langanhaltende flüssige Zustand überhitzten Magmas ermöglicht es diesem, sich rasch zur Oberfläche zu bewegen und spektakuläre Lavasprünge auszulösen. Im Gegensatz dazu wird früh kristallisierendes Magma dickflüssig und träge, wodurch Gase sicher entweichen können und deutlich sanftere, langsamere Lavaströme entstehen.

Technik und Auswirkungen

Bisher haben sich Standardmodelle zur Einschätzung vulkanischer Gefahren vollständig dieser thermischen Vorgeschichte verschlossen.

Wissenschaftler messen lediglich die aktuelle Chemie eines Vulkans, die Gasgehalte und den Druck. „Diese Arbeit deutet darauf hin, dass die präeruptive thermische Geschichte und die Kristallisationskinetik ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Steuerung des Magmaaufstiegs und des eruptiven Verhaltens spielen und damit auch für die Bewertung vulkanischer Gefahren relevant sind", sagte Dr.

Margherita Polacci, Senior Lecturer in Vulkanologie an der University of Manchester. Diese Entdeckung könnte dazu beitragen, Signale der Vulkanüberwachung zu entschlüsseln und bevorstehende Eruptionen vorherzusagen. Die Studie wurde am 8. Juni in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.