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Massive Magmaschicht speist Vesuv, möglicherweise Schlüssel zu Eruptionen, erklären Science-Forscher

Seismische Daten lassen auf die Anwesenheit eines 400 Quadratkilometer breiten Magmabeckens acht Kilometer unter dem bekannten italienischen Vulkan Vesuv schließen. Dies geht aus einem Bericht italienischer und französischer Wissenschaftler in der internationalen Zeitschrift Science (Ausgabe vom 16. November) hervor.

Auch wenn sie die Lage dieses Reservoirs bestimmen können, würde dies den Forschern nicht dabei helfen, den nächsten Ausbruch des Vesuvs genau vorauszusagen, meint der Science-Autor Paolo Gasparini von der Università di Napoli Federic II in Neapel.

Die Entdeckung verweist nach Ansicht der Autoren der Science-Studie jedoch auf eine Zone unter dem Vulkan, die auf seismische Ereignisse überwacht werden sollte, z.B. auf kleine Erdbeben, die das Signal für eine bevorstehende Eruption sein könnten.

„Außerdem ist dies ein Anhaltspunkt dafür, dass sich unter dem Vesuv riesige Mengen freien Magmas befinden", sagte Gasparini. „Die Entdeckung eines Sammelbeckens dieser Größe und Breite kam völlig unerwartet. Es liegt unter einem ausgesprochen weiten Bereich unter den Vulkanen der Region Neapel."

Obwohl der nächste Ausbruch des Vesuvs nach einer langen Ruhezeit wahrscheinlich explosiver Art sein wird, sollte nicht davon ausgegangen werden, dass der Magmavorrat dadurch erschöpft würde. Die meisten Vulkanexperten sind der Ansicht, dass bei einer einzelnen Eruption nicht mehr als 20 bis 25 Prozent des verfügbaren Magmas freigesetzt werden, meinte Gasparini.

Der Vesuv ist zur Zeit relativ ruhig. Es werden zwar nur leichte Erdbeben beobachtet, und an einzelnen Stellen werden vulkanische Gase niedriger Temperatur freigesetzt, doch der Vulkan ist bekannt für seine gewaltigen Ausbrüche. Am berüchtigsten ist er wohl für seine siedend heißen Schlammlawinen und die Schmutzschauer, die im Jahr 79 A.D. die römischen Städte Pompeji und Herculaneum unter sich begruben. In der Moderne ereigneten sich mehrere bedeutende Eruptionen, darunter der letzte große Ausbruch während des 2. Weltkriegs im Jahre 1944.

Mit einer als seismische Tomographie bezeichneten Methode untersuchten die Science-Forscher den Bereich unter dem Vesuv. Sie verursachten künstliche Explosionen, um seismische Wellen zu erzeugen, und sie verfolgten die Ausbreitung dieser Wellen durch die Erdkruste. Von regionalen „Lauschstationen" erfasste Geschwindigkeits- und Richtungsdaten der seismischen Wellen boten Einblicke in die Struktur (wie auch in die strukturellen Veränderungen) der Kruste. Wie die bekanntere Form der medizinischen Tomographie, das Computertomogramm, kombiniert die seismische Tomographie Daten von diesen seismischen Stationen zum Aufbau eines zwei- oder dreidimensionalen Bildes der Erdkruste.

Schon frühere seismische Projekte der Forscher, darunter eine am 21. April 1996 in Science veröffentlichte Studie, hatten auf eine unter dem Vulkan und der umliegenden Region lauernde Magmazone hingedeutet. Diese Experimente stellten einen Bereich mit niedriger seismischer Wellengeschwindigkeit innerhalb der Kruste unter dem Vesuvfest, in dem die Wellen offensichtlich verlangsamt und zu verschiedenen Wellenarten konvertiert wurden.

Da seismische Wellen sich langsamer durch Flüssigkeit als durch Festkörper bewegen und Wellenänderungen häufig an der Grenzlinie zwischen zwei verschiedenen geologischen Schichten stattfinden, vermuteten die Wissenschaftler, dass sie eine mögliche Schmelzzone innerhalb der örtlichen Kruste entdeckt hätten.

Für die vorliegende Studie analysierte das Forschungsteam Daten aus einem erst kürzlich durchgeführten Experiment - bei dem von Luftkanonen an Bord eines Schiffes im Golf von Neapel und in Messstationen in einer Entfernung von bis zu 90 Kilometern in den Apenninen 1800 explodierende Geschosse abgefeuert wurden -, um das Ausmaß des Magmareservoirs zu messen.

Ihre Analyse ließ darauf schließen, dass das Reservoir über 400 Quadratkilometer groß und acht Kilometer tief in der Kruste begraben ist und sich zwischen dem Vesuv und anderen benachbarten Vulkanen wie den Phlegräischen Feldern erstreckt, auf denen heute die Stadt Neapel gelegen ist.

Den Forschern zufolge verweisen aus den seismischen Daten rekonstruierte Bilder des Reservoirs darauf, dass das Magma gemäß den Bedingungen des neutralen Auftriebs in einer fast flachen Schicht parallel zu den Schichten der Erdkruste ruht. Mit einer normalerweise geringeren Dichte ist Magma somit schwimmfähiger als das Gestein, das es bei seinem Aufstieg zur Kruste durchdringt. Ein neutraler Auftrieb liegt dann vor, wenn das Magma eine Stelle erreicht, an der seine Dichte mit der des umgebenden Gesteins identisch ist und es in einer umschlossenen Schicht schwebt.

„An diesem Punkt benötigt es noch etwas anderes, um die Oberfläche zu erreichen, zum Beispiel ein Aufbröckeln des darüber liegenden Gesteins oder einen Anstieg des Gasdrucks von unten", sagte Gasparini.

Isotopenstudien des neapolitanischen Vulkanmagmas lassen Anzeichen einer beträchtlichen Vermischung mit dem umgebenden Gestein erkennen, was wiederum den Schluss zulässt, dass es sich bei dem Reservoir nicht um ein einheitliches geschmolzenes Gebilde handelt. Statt dessen könnte das Reservoir mehr einem Schwamm ähneln, bei dem das Magma durch zahlreiche Risse im Fels sickert. Die massive Magmaschicht könnte in zahlreiche kleinere Sammelbecken einströmen, die näher an der Oberfläche und zu klein sind, um anhand seismischer Methoden identifiziert zu werden, meinen die Science-Autoren.

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Die anderen Mitglieder des Forschungsteams sind Emmanuel Auger und Aldo Zollo von der Università di Napoli Federico II und Jean Virieux vom Géosciences Azur in Valbonne, Frankreich. Diese Forschung wurde zum Teil von Generaldirektion XII der Europäischen Kommission, Gruppo Nazionale di Vulcanologia, und von MURST unterstützt.



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