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Aus den MINT-Wissenschaften

Eruption in Island von unseren Forscherinnen prognostiziert

© Janis Korczanowski

© Janis Korczanowski

Tektonische Situation im Nordatlantik

© Wolfgang Fraedrich: Tektonische Situation im Nordatlantik

Reykjanes – Tektonik, Seismizität und Vulkanismus

© Wolfgang Fraedrich: Die Halbinsel Reykjanes – Tektonik, Seismizität und Vulkanismus

© Julius Fraedrich: Unser SFZ Hamburg-Forschungsteam steht im Juli 2019 (während der zweiten Forscherfahrt) auf der Brücke, die die Nordamerikanische Platte (links) und die Eurasische Platte miteinander verbindet

© Wolfgang Fraedrich auf Grundlage von OpenTopoMap und unter Rückgriff auf Daten von Henning, B. (2021): Where the lava flows: Volcano update from Iceland. Online unter http://www.viewsoftheworld.net/?p=5783: Ausbruchszenario mit der theoretisch möglichen Ausbreitung der Lava

Am Freitag, den 19. März 2021, begann um 20:45 Uhr Ortszeit auf der Halbinsel Reykjanes im Südwesten Islands die Erde aufzureißen. Nach und nach bildete sich, einem sich öffnenden Reißverschluss gleich, eine mehrere hundert Meter lange Spalte. Im Untergrund seit langem „arbeitendes“ Magma begann aus der Erde regelrecht herauszusprudeln. Seit nunmehr fast drei Monaten hält die Eruption unvermindert an. In jeder Sekunde werden zwischen 8 und 15 Kubikmeter Magma gefördert, das sich als Lava in die unbewohnte Landschaft ergießt. Und ein Ende ist noch nicht abzusehen … – fieberhaft wird nun überlegt, wie man zumindest die wichtigen Kommunikationsleitungen entlang der Südküste schützen kann.

Die Eruption an sich ist bereits faszinierend, und weltweit kann man daran teilhaben, weil eine Vielzahl von „Vulkanfreaks“ es sich nicht nehmen lässt, in das lange Zeit unberührte Gebiet zu wandern, um dann vor Ort dabei zu sein. Hier eine kleine Auswahl an sehenswerten Videos, die alle einen Eindruck von dem Naturereignis vermitteln:

Aber sie ist auch aus der Sicht des Schülerforschungszentrums faszinierend, den zwei unserer Jungforscherinnen, Nellie Sommer und Mia Salzborn, waren sowohl 2018 als auch 2019 in der Region vor Ort und haben die Temperaturtrends bei den austretenden Gasen durch Messungen mit einer Infrarotkamera ermittelt. Ihr Fazit schon in ihrerJugend-forscht-Arbeit des Jahres 2019: Ein Vulkanausbruch steht bevor. Hier zunächst ein Zitat aus ihrer Arbeit:

„Die Ergebnisse der geothermischen Werte zeigen einen leichten Trend zu einer Erwärmung [ … ]. Die erhöhte Aktivität, die man durch Temperaturmessungen an der Oberfläche feststellen kann, ist ein klares Zeichen für eine ebenfalls erhöhte Aktivität innerhalb der Lithosphäre. [ … ] Durch einen Aufstieg von Magma aus der Asthenosphäre gibt es mehr Bewegung innerhalb der Magmakammer und potenziell vergrößert sich diese zusätzlich. Vermehrte Bewegungen innerhalb der Magmakammer könnte sowohl die steigenden geothermischen Werte erklären als auch die vermehrten Erdbeben. [ … ]. Die Aktivitäten in der Magmakammer selbst sind der Grund für die Entstehung des Tremors. Dass Magmakammern in relativ geringer Tiefe von etwa 3 km im Untergrund der Halbinsel Reykjanes liegen, ist durch Wärmestrommessungen in der Erdkruste nachgewiesen worden (Gee et al. 1998, S. 836). Immer wieder aufsteigende Magmaschübe wirbeln das unterschiedlich temperierte, teilweise etwas kühlere Magma ähnlich durcheinander wie der Inhalt eines Suppentopfs auf einer Herdplatte im Topf bewegt wird, wenn die zugeführte Temperatur von unten zeitweise erhöht wird. [ … ]

Von einem unmittelbar bevorstehenden Ausbruch ist aktuell zwar nicht auszugehen, aber es gibt Anzeichen dafür, dass es irgendwann zu einem Ausbruch des Vulkansystems Krýsuvík kommen wird, solange die Magmaproduktion in der Tiefe anhält. Ein weiterer Anstieg der Temperaturen unter und über der Erdoberfläche, eine Intensivierung und eventuell auch Häufung der Erdbebentätigkeit und eine zunehmende Aktivität der heißen Quellen, Schlammtöpfe und Fumarolen sind nach dem momentanen Trend möglich. Es wird weiterhin interessant und wichtig sein, das Gebiet zu überwachen.“

Doch was hat unsere Jungforscherinnen veranlasst, dort zu forschen?

Die Idee geht zurück auf ein Jugend-forscht-Projekt aus dem Jahr 2014, in dem Ergebnisse eigener Temperaturmessungen im Hochtemperaturgebiet Krýsuvík mit Messergebnissen aus dem Jahr 2007 verglichen worden sind. Nellie und Mia stellten sich die Frage, ob sich der seinerzeit aufgezeigte Trend bestätigt. Gemeinsam mit einigen weiteren Jungforscherinnen und Jungforschern, die auch an individuell zugeschnittenen Projekten arbeiteten, flogen sie im Juni 2018 nach Island, um dort ihre Feldarbeit durchführen zu können. Die isländischen Behörden hatten es möglich gemacht, diese Untersuchungen durchführen zu können.

Island – Hotspot und Scheitelgrabenzone zugleich

Island ist ein Teil des Mittelatlantischen Rückens, eines Tausende Kilometer langen und mehrere Tausend Meter hoch aufragenden Unterwassergebirges, das nur an ganz wenigen Stellen die Wasseroberfläche erreicht. Dass dies in Island so besonders deutlich wird, liegt zusätzlich an einem Hotspot, also einer Wärmequelle im Erdmantel, die über Millionen von Jahren ortsfest ist und über die Wärmeabgabe aus dem Erdkern gespeist wird, aller Wahrscheinlichkeit nach durch den Zerfall radioaktiven Materials, bei dem Energie freigesetzt wird. Und da die Erdkruste entlang des Mittelatlantischen Rückens gezerrt wird, reißt sie immer wieder auf, sodass Magma austreten und so neuen Ozeanboden bilden kann. Durchschnittlich um 2 cm pro Jahr entfernen sich die Nordamerikanische Platte im Westen und die Eurasische Platte im Osten (vgl. hier) voneinander.

Der Scheitelgraben des Mittelatlantischen Rückens verläuft diagonal durch Island hindurch und markiert somit die aktive Vulkanzone. Dabei verläuft sie auch nahezu quer durch die Halbinsel Reykjanes, die sich in zahlreiche Störungssysteme und damit wiederum einzelne Vulkansysteme gliedert.

Besonders beeindruckend erfährt man die tektonische Grenze zwischen Europa und Nordamerika im äußersten Westen von Reykjanes, dort, wo man den Scheitelgraben („Miðlina“) über eine Brücke überqueren kann und wo er dann wenige Kilometer weiter südwestlich im Atlantik abtaucht.

Was hat es nun mit dem aktuellen Ausbruch auf sich?

Der Ausbruch ist weniger für die Medien spektakulär, die nur dann ausführlich berichten, wenn Menschen und das tägliche Leben vor Ort in Gefahr sind. Aber er ist als Naturereignis spektakulär und er offenbart eine Vielzahl von neuen Forschungsfragen, denen die Wissenschaftler nun nachgehen können. Denn einen solchen Ausbruch hat es in dieser Region Islands im Zeitalter der modernen Wissenschaft noch nicht gegeben. Die gesamte Halbinsel Reykjanes setzt sich zwar aus verschiedenen Lavafeldern zusammen, aber der letzte Ausbruch dort liegt etwa 900 Jahre zurück.

Wirklich konkrete Vorboten für die Eruption zeichneten sich bereits seit Dezember 2019 ab (vgl. hier, und hier), als die seismischen Aktivitäten in der Region stärker wurden. Ab Oktober 2020 nahm dann die Erdbebentätigkeit erneut plötzlich sehr stark zu (vgl. hier). Als dann aber die Zahl der Erdbeben seit dem 24. Februar 2021 exponentiell anstieg (vgl. hier), wusste man, dass ein Ausbruch in naher Zukunft bevorstehen würde.

Was dann ab dem 19. März 2021 zunächst als eher harmlose kleine Aktivität betrachtet worden ist (vgl. Zeitraffervideo), hat sich inzwischen zu einem durchaus heftigen Ausbruch entwickelt. Inzwischen sind etwa 0,8 Kubikkilometer Magma gefördert worden (zum Vergleich: bei der heftigen Eruption des Mount St. Helens im Westen der USA sind im Mai 1980 etwa 1 Kubikkilometer Magma gefördert worden), damit erreicht der Ausbruch auf Reykjanes in der von 0 bis 7 reichenden Skala des Vulkanexplosivitätsindex‘ einen VEI von 4, in wenigen Wochen wird bereits die Stufe VEI 5 erreicht sein. Und erste Untersuchungen der erstarrten Lava haben ergeben, dass das Magma inzwischen direkt aus der Tiefe des Mantels aufsteigt – und das unaufhörlich. Die Wissenschaftler erkennen dies daran, dass in der Lava ein signifikant hoher Anteil an Magnesium enthalten ist, der 10 % und mehr erreichen kann (während er bei den meisten Vulkanen bei durchschnittlich 5 % liegt). Dieses primäre Magma  ist auch durch einen deutlich geringeren Anteil an Siliziumdioxid (SiO2) weniger gasreich, sehr viel dünnflüssiger und extrem heiß. Dies erklärt die insgesamt ruhige, also effusive Ausbruchstätigkeit, die oftmals weiße Farbe des austretenden Magmas (je heißer, desto heller) und das insbesondere unmittelbar nach dem Austritt schnelle Fließen der Lava.

Wie kann es weitergehen?

Bisher sind nur völlig unberührte Regionen von der Lava bedeckt worden. Wer den Ausbruch live erleben wollte, musste viele Kilometer durch unwegsames Gelände wandern, um die Ausbruchstelle überhaupt zu erreichen. Inzwischen sind aber nicht nur „richtige Wanderwege“ vorhanden, weil inzwischen Zehntausende Schaulustige die Pfade „ausgelatscht“ haben, sondern die Lava fließt den Besuchern auch entgegen. Eine animierte Karte auf der Basis des Satellitenbildes der Vulkanregion zeigt in eindrucksvoller Weise die Zeitskala der Ausbruchstätigkeit mit der Ausdehnung des Lavastroms und auch die Standorte der verschiedenen Livebildkameras. Der Weg bis zum Meer ist noch mehrere Kilometer lang. Das Szenario auf der folgenden Karte macht deutlich, dass nur unbesiedeltes Gebiet betroffen sein wird, aber damit es soweit kommt, müsste die Ausbruchstätigkeit ununterbrochen noch mehrere Monate anhalten.

Um aber „für alle Eventualitäten“ vorbereitet zu sein, sind die Isländer inzwischen dabei, die Glasfaserkabel zu sichern (vgl. hier). Sollte eines Tages die Straße 427 entlang der Südküste von Reykjanes zwischen Grindavík und Krýsuvík von der Lava zerstört werden, wird man abwarten, bis die Lava ausgekühlt ist und auf dem jungen Lavafeld die Straßenverbindung wieder herstellen.

Wer weiß, vielleicht wird in naher Zukunft auch wieder ein SFZ-Team vor Ort sein, um die Lava dort näher zu untersuchen.

Literaturverzeichnis

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Gee, M.A.M. et al. (1998): Crustal Processes: Major Controls on Reykjanes Peninsula Lava Chemistry, SW Iceland. Journal of Petrology, Volume 39, Issue 5, 1 May 1998, pp 819-839 (letzter Zugriff 16. April 2021)

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