Vulkane können auf sehr unterschiedliche Arten ausbrechen: mal fließt die Lava ruhig aus dem Förderschlot und bildet relativ harmlose Lavaströme, mal eruptiert Lava in gewaltigen Explosionen die sogar das globale Klima ändern können. Zwischen den Extremen sind vielfältige Mischformen möglich. Die Ursachen für das unterschiedliche Verhalten der Vulkane liegen im Magma begründet. So wird die Lava genannt, wenn sie sich noch im Inneren der Erde befindet und viel Gas enthält.
Wichtige Kriterien für die Art des Vulkanausbruches sind die chemische Zusammen-setzung des Magmas, Druck, Temperatur, Viskosität, Kristallisation und die Rheologie der Gasblasen. Letztem Kriterium kommt eine ganz besondere Bedeutung zu, dass fand jüngst eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Don Baker heraus. Die Forscher untersuchten Lavaproben vom Ätna und Stromboli am Schweizerischen Paul-Scherer-Institut.
Winzige Lavastücke wurden mittels eines neuentwickelten Lasers erhitzt und mit Hilfe eines TOMCAT – Computertomografen in Realzeit beobachtet. Im Blickpunkt standen dabei die Blasenbildung und die Veränderungen des Mikrogefüges der Lavaprobe unter Hitzeeinwirkung.
Zwei Laser erhitzten die Lavaprobe auf über 1000 Grad bis die Probe geschmolzen war. Die Basaltprobe enthielt 3 Prozent Wasser, welches bei der Erhitzung verdampfte und Gasblasen bildete die unter Druck standen. Während des Schmelzvorganges nahm das Volumen der Lavaprobe stark zu. So wuchs eine reiskorngroße Probe auf die Größe einer Cherry-Tomate. Die Forscher variierten nun die Geschwindigkeit der Aufheizung und beobachteten, dass die Probe explodierte, wenn man sie zu schnell erhitzte.
Es entstanden große Gasblasen, bevor das Material geschmolzen war. Da der Gasdruck nicht langsam abgebaut werden konnte, das Gestein aber an Widerstandskraft (bzw. Bruchfestigkeit) verlor, kam es zum Bersten des Materials. Wurde die Probe hingegen langsam erhitzt, bildeten sich Gasblasen die ruhig aus der Schmelze entwichen.
Laut Baker sind die ersten 10 Sekunden der Blasenbildung entscheiden, ob die Gasblasen die Gesteinsprobe zerbersten, oder ob eine Schmelze entsteht, aus der das Gas langsam entweicht. Wenn in den ersten 10 Sekunden nichts passiert ist, dann passiert auch im Folgenden nichts dramatisches mehr.
Die Forscher übertragen die Erkenntnisse ihrer Arbeit auf das Ausbruchsverhalten der Vulkane und kommen zu dem Schluss, dass es sich auch innerhalb der ersten Sekunden der Blasenbildung im Magma entscheidet, ob der Vulkan explosiv, oder effusiv ausbricht.
Bei der Übertragung solcher Forschungsergebnisse muss allerdings immer berücksichtigt werden, dass den Wissenschaftlern nur Lavaproben zur Verfügung stehen und kein Magma. Ein Umstand, der erst einmal wie Wortklauberei vorkommen mag, in der Tat aber eine der größten Schwächen der experimentellen Vulkanologie darstellt.
Lava ist ja bereits weitgehend entgastes Magma. Der Lava fehlt der größte Teil volatiler (flüchtiger) Komponenten, daran ändert auch das Schmelzen der Lava nichts. Waren in der Lavaprobe 3 Prozent Wasser enthalten, so muss im Magma weitaus mehr Wasser enthalten gewesen sein. Das Problem ließe sich vielleicht verringern, wenn den Wissenschaftlern Probenmaterial aus dem Erdinneren zur Verfügung stände. Da man an unverändertes Magma kaum rankommt, wäre hier noch Ganggestein, oder Material aus Plutone am sinnvollsten.
Quellen: psi.ch/vulkane.net vom 31.10.2012
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