Hochgeschwindigkeitsverbindung zum Erdmantel – dramatisch schneller Aufstieg von Magma

Bisher dachten Wissenschaftler, dass ein Aufstieg von Magma aus dem Erdmantel Tausende Jahre oder mehr benötige. Doch Vulkanologen haben kürzlich an Costa Ricas höchstem Stratovulkan Irazú (Abb. 1) nachweisen können, dass dort die Zeitspanne des Aufstiegs nicht größer war als die Eruptionsphase selbst. „Das Magma, das die Eruption von 1963 auslöste, war wahrscheinlich direkt aus dem Erdmantel aufgestiegen – und zwar sehr schnell: Es überwand die 35 Kilometer innerhalb von Monaten und löste dann in der Magmakammer den Ausbruch aus. Das ist ein wirklich überraschendes Ergebnis unserer Untersuchung“ (DLF).

Abb. 1: Krater des Irazú („Grollender Berg“, 3432 m), Costa Rica. Ein Teil der eruptierten Magma der Ausbruchsphase von 1963-65 stammte aus dem Erdmantel in etwa 35 km Tiefe und benötigte lediglich einige Monate bis zur Oberfläche (Foto: Rafael Golan, Wikimedia Commons).

Die neuen Erkenntnisse basieren auf geochemischen Untersuchungen an Olivinkristallen, die die Autoren der Studie, Ruprecht & Plank (2013), aus in 2010 gesammelten Aschen der Irazú-Eruption extrahiert hatten. Die Columbia Universität erklärte hierzu (in Übersetzung): „Da sich das aus dem Mantel stammende, aufsteigende Magma abkühlt, bilden sich Kristalle, die ihre eigenen Bildungsbedingungen konservieren. Die Kristalle von Irazú zeigten – vollkommen unerwartet – Ausschläge von Nickel, einem Spurenelement, das im Mantel anzutreffen ist. Die Ausschläge erzählten den Wissenschaftlern, dass ein Teil der eruptierten Magma des Irazú so frisch war, dass das Nickel keine Chance zum Diffundieren hatte.“

Ruprecht & Plank stützten sich auf bereits bekannte experimentelle Studien zur Nickel-Diffusion in Olivin ((Mg,Mn,Fe)₂[SiO₄]). Unter der Annahme einer magnesiumreichen Olivinkristallisation und einer Vermischung einer primären Mantelschmelze nahe des Grenzbereiches von Erdkruste und Erdmantel (9 kbar Tiefe, etwa 30 km tief) sowie einer Nickel-Diffusions-Zeitskala in der Größenordnung eines Jahres kalkulieren sie für das Mantelmagma eine durchschnittliche Transportrate in der Kruste von 80 m pro Tag. Adiabatische (quasi ohne Temperaturverlust) Bedingungen dagegen, in einem (nur) 2 m breiten und 25 km langen Gang würden sogar Transportraten von über 1000 m pro Tag erfordern. Die Autoren schließen u. a., dass eine direkte Verbindung zwischen dem Mantel und einer flachliegenden Magmenkammer (Eruptionskammer) vorgelegen haben muss. Die Magmenbahn beschreiben sie als „high-speed connection“, die Transportraten als „dramatisch schnell“ (Ruprecht im DLF).

Überraschend ist auch, dass dieser Mechanismus erst jetzt erkannt worden ist. Anscheinend ist eine alte Vorstellung der Magmenentstehung und -differenzierung sowie des Magmentransports lange prägend gewesen. Ruprecht (im DLF) zum Mechanismus: „Es ist einfach übersehen worden. Zwar wird nicht jeder Ausbruch eines Vulkans über einer Subduktionszone durch direkt aus dem Erdmantel aufsteigendes Magma ausgelöst. Aber wir finden diese Signaturen auch anderswo.“

M. Kotulla

[Columbia Universität (CU), Pressemitteilung vom 31. Juli 2013, http://www.ldeo.columbia.edu/news-events/highway-hell-fueled-costa-rican-volcano. – Deutschlandfunk (DLF), Beitrag vom 1. August 2013, Highway from Hell von Dagmar Röhrlich, http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/2200114/. – Ruprecht P & Plank T (2013) Feeding andesitic eruptions with a high-speed connection from mantle. Nature 500, 68-72.]