Wissen Kleines Teilchen mit großer Wirkung

Im August brach der indonesische Vulkan Sinabung aus. Die Asche wurde dabei mehr als 1000 Meter in die Höhe geschleudert. Die he
Im August brach der indonesische Vulkan Sinabung aus. Die Asche wurde dabei mehr als 1000 Meter in die Höhe geschleudert. Die heftige Eruption könnte durch Nanoteilchen ausgelöst worden sein.

Oft kündigen sich Vulkanausbrüche an, manchmal jedoch finden solche Eruptionen auch scheinbar unvorhergesehen statt. Winzige Kristalle, zehntausend Mal dünner als ein menschliches Haar, können solche explosionsartigen Vulkanausbrüche verursachen. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommt ein deutsch-britisches Forschungsteam.

Die Kristalle erhöhen die Zähflüssigkeit des unterirdischen Magmas. Infolgedessen kommt es zu einem Stau aufsteigender Gase. „Der kontinuierlich steigende Druck entlädt sich schließlich in massiven Eruptionen“, so Danilo Di Genova vom Bayerischen Geoinstitut (BGI) der Universität Bayreuth. „Für die Geoforschung war es immer ein Rätsel, was den plötzlichen und gewaltsamen Ausbruch scheinbar friedlicher Vulkane veranlasst. Mit nanogeowissenschaftlichen Forschungsarbeiten sind wir jetzt einer Erklärung auf die Spur gekommen. Sehr kleine Kristallkörnchen mit hohen Anteilen von Eisen, Silizium und Aluminium stehen am Anfang einer Verkettung von Ursachen und Wirkungen, die für die Bevölkerung im Umkreis eines Vulkans mit einer Katastrophe enden kann“, erläutert Di Genova weiter. Bei der jetzt veröffentlichten Studie hat er mit Wissenschaftlern der University of Bristol, der Technischen Universität Clausthal und zwei europäischen Synchrotronanlagen eng zusammengearbeitet.

Durchmesser von wenigen Nanometern

Vulkanausbrüche können verheerende Folgen haben. Der bisher stärkste Vulkanausbruch in der Menschheitsgeschichte war übrigens 1815 der Ausbruch des Mount Tambora in Indonesien. Umso erstaunlicher, dass der Auslöser so winzig zu sein scheint. Wegen ihres Durchmessers von wenigen Nanometern werden die Kristalle auch als Nanolithe bezeichnet. Mit spektroskopischen und elektronenmikroskopischen Verfahren haben die Forscher Spuren dieser für das Auge unsichtbaren Teilchen in der Asche ausgebrochener Vulkane nachgewiesen.

Aufgrund von Untersuchungen in Laboren des BGI konnten sie diese Kristalle beschreiben und schließlich zeigen, wie die Teilchen die Eigenschaften von vulkanischem Magma beeinflussen. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf Magma, das einen geringen Anteil von Siliziumoxid besitzt und nach einem Vulkanausbruch an der Erdoberfläche zu Basalt erkaltet.

Siliziumarmes Magma ist für seine geringe Viskosität bekannt: Es bildet eine dünnflüssige Lava, die schnell und leicht dahinströmt. Anders verhält es sich jedoch, wenn eine größere Anzahl von Nanolithen darin enthalten ist. Dadurch wird das Magma zähflüssig – und weit weniger durchlässig für Gase, die aus dem Erdinneren aufsteigen. Statt kontinuierlich aus dem Vulkankegel zu entweichen, bleiben die Gase in den Tiefen des Vulkans im heißen Magma stecken. Infolgedessen gerät das Magma immer stärker unter Druck, bis es schließlich explosionsartig aus dem Vulkan herausgeschleudert wird.

Rauch nicht immer Bote eines Ausbruchs

„Ständige leichte Rauchfahnen über einem Vulkankegel müssen nicht unbedingt als Anzeichen eines bevorstehenden gefährlichen Ausbruchs gedeutet werden. Umgekehrt aber kann die Inaktivität scheinbar friedlicher Vulkane trügen. Beispielsweise lassen Gesteinsanalysen, schriftliche Quellen und archäologische Funde darauf schließen, dass die Menschen in der Umgebung des Vesuvs im Jahr 79 vor Christus von einem äußerst heftigen Ausbruch des Vulkans überrascht wurden. Zahlreiche Todesopfer und schwere Gebäudeschäden waren die Folge“, führt Di Genova ein bekanntes Beispiel an.

In seinen weiteren Forschungsarbeiten will der Bayreuther Wissenschaftler die geochemischen Prozesse, die unerwartet zu derart heftigen Ausbrüchen führen, mithilfe von Techniken der Hochdruck-Forschung und mit Computersimulationen modellieren. Das Ziel ist es, diese Prozesse besser zu verstehen und damit auch die Risiken für die Bevölkerung im Umkreis von Vulkanen reduzieren zu können.

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