Im Jahr 2018 brach der Kilauea-Vulkan in Hawaii aus wie eine Stampfrakete

Eine Reihe von Explosionen des hawaiianischen Vulkans Kilauea im Jahre 2018 könnten durch einen bisher nie gesehenen Ausbruchs-Stil ausgelöst worden sein - einem, der an das Spielzeug "Stomp Rocket" erinnert.

Im Mai jenes Jahres schossen heiße Gas- und Gesteinswolken bis zu acht Kilometer in den Himmel, als der Vulkan zwölfmal hintereinander explosiv ausbrach. Der fortgesetzte Kollaps des Gipfelkraters von Kilauea, oder der Caldera, löste diese explosiven Ausbrüche aus, berichteten Forscher am 27. Mai in der Zeitschrift "Nature Geoscience".

Jedes Mal, wenn große Brocken des Kratergesteins in die Magmakammer darunter stürzten, schoss das plötzliche Zusammendrücken der Luft in der Kammer die vulkanischen Trümmer in den Himmel, so die Wissenschaftler - ähnlich wie beim festen Aufsetzen auf die Luftblase einer 'Stomp Rocket', das ihren Schaumstoff-Projektil fliegen lässt.

Explosive Vulkanausbrüche werden normalerweise durch eine Kombination von zwei bekannten Mechanismen ausgelöst, sagt Joshua Crozier, ein Geophysiker an der Stanford University. Die Entspannung von heißen Magma führt zur Freisetzung von Gasblasen, die expandieren und geschmolzenes Gestein aus der Caldera sprengen können. Alternativ kann ein aufsteigender Magmastrahl Grundwasser in den umschließenden Gesteinen blitzartig erhitzen, was zu Explosionen von Dampf und zersplitterten Gesteinsstücken führt.

Aber keiner dieser Mechanismen schien zu erklären, was zwischen dem 16. und 27. Mai 2018 am Kilauea passierte. Geophysikalische Daten, die während des gesamten Ausbruchs 2018 nahe dem Gipfel des Vulkans gesammelt wurden, deuteten darauf hin, dass die seltsame, wiederholte Sequenz von explosiven Ausbrüchen nicht durch einen der oben genannten Mechanismen erzeugt worden sein konnte, sagt Crozier.

Einerseits, sagt Crozier, enthielt das ausgestoßene Material keine blasigen Magma-Stücke, wie man es in dem ersten Szenario erwarten würde. Andererseits waren die Gesteine in der Caldera bereits zu heiß, um noch viel flüssiges Wasser zu enthalten, das dann überhitzt werden könnte, was das zweite Szenario eliminiert.

Aber Crozier und andere vermuteten, dass die Serie von Caldera-Einstürzen des Vulkans, die Mitte dieses Jahres begannen, damit etwas zu tun haben könnte (SN: 1/29/19). Um diese Hypothese zu überprüfen, analysierte das Team die reichlich vorhandenen geophysikalischen Daten, die ständig am Kilauea gesammelt werden.

Der Vulkan ist einer der am besten instrumentierten der Welt. Netzwerke von Seismometern überwachen seine inneren Vorgänge genau, während mit GPS ausgestattete Neigungsmesser nahe dem Gipfel subtile Veränderungen in der Bewegung und Neigung des Bodens erkennen und Verschiebungen in der Belastung durch sich bewegende Magma verfolgen. Das Hawaii Volcano Observatory verfügt auch über ein Netzwerk von Infraschall-Arrays: Niederfrequenz-Mikrofone, die Veränderungen im atmosphärischen Druck messen, die beispielsweise durch Explosionen verursacht werden.

Veränderungen der Frequenz der durch den Boden reisenden Infraschallwellen zeigten während dieser kurzen Zeitspanne ein deutliches Muster: Die Kammer schien sich zu vergrößern, und dann gab es irgendeine Art von Explosion. Die seismischen Daten zeigten unterdessen eine Serie von ausgeprägten Erdbeben, die jeweils weniger als Magnitude 5 hatten und diesen Ereignissen entsprachen.

Was wahrscheinlich passierte, sagen die Forscher, ist, dass die Magmakammer genug abfloss, um das Dach der Caldera darüber instabil zu machen, so dass dieser Fels unter seinem eigenen Gewicht nach unten fiel. Das verringerte das Volumen des Reservoirs - ähnlich wie das Komprimieren einer "Stomp Rocket"-Luftblase. Etwa 10 bis 30 Sekunden später beobachteten Kameras eruptive Wolken, die aus dem Gipfel hervorkamen - das Ergebnis der Luftdrucksteigerung durch das einstürzende Dach, das das heiße Gas und die Felsbrocken in der Kammer nach oben schoss.

"Dies ist das erste Mal, dass ich weiß, dass ein solcher Mechanismus vorgeschlagen wurde, um Ausbrüche anzutreiben", sagt Larry Mastin, ein Vulkanologe am U.S. Geological Survey's Cascades Volcano Observatory in Vancouver, Wash., der nicht Teil der neuen Studie war. "Es ist ein eher ungewöhnlicher Mechanismus, aber die Umstände dieses Ausbruchs sind ungewöhnlich. Und wir hatten ungewöhnlich gute Beobachtungen... [die] sehr nützlich waren, um die Ursache einzugrenzen."

Mastin merkt an, dass der "Stomp Rocket"-Mechanismus nur in den sehr frühen Stadien des Caldera-Kollapses von Kilauea im Spiel war, "als der Kollaps im Grunde genommen nur das Dach war, das direkt über dem Magmakörper einfiel". Mit der Zeit, als der Kollaps des Caldera-Bodens sich ausbreitete, war die eng fokussierte "Stomp Rocket"-Kompression am Kilauea nicht mehr im Spiel. Ausbrüche auf dem Gipfel hörten weitgehend auf, als der Schacht in der zentralen Caldera mit Material verstopft wurde.

"Stomp Rocket"-artige Ausbrüche sind wahrscheinlich nicht einzigartig für den Kilauea, sagt Crozier. Aber, sagt er, das umfangreiche Überwachungssystem des Vulkans machte es möglich, das neue Phänomen zu erkennen und zu charakterisieren. Und wiederum kann das Wissen, wie man die seismischen und Infraschall-Daten verbindet, bei der Gefahrenminderung durch andere, weniger gut instrumentierte Vulkane helfen, sagt er.

“In many cases, the first sign we have of an eruption is a seismic or infrasound signal. So if we can get better at relating those types of geophysical data to what the eruptive plume is doing, the better we can calibrate our models,” he says. That would reduce hazards to aviation as well as communities.