Was treibt die spektakulären Vulkanausbrüche Islands wirklich an?

Der jüngste vulkanische Ausbruch Islands auf der Reykjanes-Halbinsel, der Jahrhunderte dauern wird, begann mit einer großen Magmapfütze knapp unterhalb der Oberfläche. Dies ist das Ergebnis einer neuen Studie, die von einem internationalen Forscherteam aus den Vereinigten Staaten, Schweden und Island im Journal Nature veröffentlicht wurde.

Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der Ausbruch von 2021 auf Islands Halbinsel Reykjanes Magma aus der Kruste und nicht direkt aus dem Mantel involvierte, was frühere Annahmen umstieß. Geochemische Analysen deuten auf eine krustale Quelle für die Lava hin, wobei ähnliche Verhaltensweisen bei anderen jüngsten globalen Ausbrüchen beobachtet wurden.

Anfangs glaubte man, dass die kürzlich entstandenen Lavas auf der Reykjanes-Halbinsel direkt aus dem Mantel ausgebrochen seien, aber geochemische Beweise zeigen, dass das Magma aus unterirdischem Schmelzen der Erdkruste stammt, als Folge der 'Fagradalsfjall-Fires', die 2021 begannen. Dies wurde von Forschern in einem internationalen Team von der Scripps Institution of Oceanography der University of California, San Diego, dem Fachbereich für Geowissenschaften der Uppsala University und der University of Iceland in Reykjavik entdeckt.

Lavaausbruch aus dem dicken Lava-Ablagerungshaufen in der Nähe des Sundhnúkur-Schwefels im April 2024. Bildnachweis: Valentin Troll

Die Probenahme der ausgestoßenen Lavas in regelmäßigen Abständen ermöglichte eine detaillierte zeitliche Analyse der geochemischen Signale. Diese zeigen, dass der Beginn des Ausbruchs von Magma gespeist wurde, das sich bereits einige Zeit in der Kruste befand, was dem anfänglichen Hypothesen widersprach, dass das Magma direkt aus dem Mantel aufstieg. Die Ergebnisse wurden vom internationalen Forscherteam am 31. Juli im Journal Nature veröffentlicht.

Das Forscherteam hat neben Island auch basaltische Lavas von anderen jüngsten Vulkanausbrüchen untersucht. Dazu gehören der Ausbruch von 2021 des Tajogaite-Vulkans auf der Insel La Palma auf den Kanarischen Inseln und der Ausbruch von Mauna Loa im Jahr 2022 auf Hawaii. Sie haben ähnliche Magmapfützen unter La Palma gefunden.

"Die systematische Beprobung von Lava und die anschließende Analyse der Mischungsverhältnisse im Labor helfen dabei zu entschlüsseln, was den Vulkan in der Tiefe speist", sagte Erstautor James Day, Professor für Geowissenschaften an der Scripps Institution für Meereskunde. "Es ist ein bisschen wie regelmäßige Blutuntersuchungen. In diesem Fall sind die 'Blutproben' des Vulkans die geschmolzenen Lavas, die so spektakulär herauskommen", fügt er hinzu.

Valentin Troll, Professor für Petrologie an der Uppsala University. Bildnachweis: Mikael Wallerstedt

Frühere Studien hatten zuvor vorgeschlagen, dass die Fagradalsfjall-Fires ohne Wechselwirkung mit der Kruste von der Oberfläche ausbrachen. Das Team nutzte die isotopische Zusammensetzung des Elements Osmium, um zu verstehen, was unter dem Vulkan geschah. Die Erde kann in eine Reihe von Schichten unterteilt werden. Der tiefste Teil bildet den metallischen Kern. Die oberflächlichsten Schichten umfassen die Atmosphäre, den Ozean und die feste Erdkruste.

Alle Menschen leben auf der Kruste, die von Gesteinsarten wie Granit oder Basalt dominiert wird, wie er in Islands Lavas zu finden ist. Zwischen Kern und Kruste liegt die große Erdmantelzone. In dieser Mantelschicht findet das Schmelzen statt, um die Magmen zu erzeugen, die Vulkane wie die in Island speisen. Osmium ist ein hochwertiges Metall, ähnlich wie Platin oder Palladium. Bemerkenswert an Osmium ist, dass eines seiner Isotope durch den radioaktiven Zerfall eines anderen wertvollen Metalls, Rhenium, entsteht. Da sich die Elemente beim Schmelzen unterschiedlich verhalten, ist eines der Elemente, Rhenium, in der Erdkruste angereichert, während das andere nicht angereichert ist.

Das Team konnte zeigen, dass die Lavas von 2021 durch Kruste verunreinigt waren, während die Lavas von 2022 es nicht waren. Sie schlussfolgern, dass die frühesten Lavas vor dem Ausbruch in der Kruste angesammelt haben müssen, während spätere Ausbrüche vorhandene Wege nutzten, um an die Oberfläche zu gelangen.

"Es scheint, dass die 'Feuer' in Island noch einige Zeit anhalten werden, möglicherweise Jahre", sagte Valentin Troll, Professor am Fachbereich für Geowissenschaften der Uppsala University, Co-Autor der Studie und Hauptautor einer kürzlich erschienenen Untersuchung in Terra Nova, die das Magma-Leitungssystem im Reykjanes-Vulkanbereich untersuchte.

Die Ausbrüche auf der Reykjanes-Halbinsel werden voraussichtlich weitergehen, und obwohl dies für die Menschen der evakuierten Stadt Grindavik verheerend ist, bieten die Ereignisse einen Schatz an wichtigen wissenschaftlichen Informationen darüber, wie Lavafelder entstehen und wie Magma vom Inneren der Erde an die Oberfläche gelangt.

Mehr zu dieser Forschung finden Sie unter Isländische Fagradalsfjall Fires: Geochemische Analyse deckt versteckte Magmapools auf.

Referenz: "Deep crustal assimilation during the 2021 Fagradalsfjall Fires, Iceland" von James M. D. Day, Savannah Kelly, Valentin R. Troll, William M. Moreland, Geoffrey W. Cook and Thor Thordarson, 31. Juli 2024, Nature. DOI: 10.1038/s41586-024-07750-0