Woher kommt das Magma der Vulkane auf Kamtschatka?

Zahlreiche Vulkane liegen auf der Halbinsel Kamtschatka im Osten Russlands: Merkwürdig ist jedoch, dass die Chemie der Gesteine sehr unterschiedlich ist.

Die Vulkanregion Kamtschatka wurde von der UNESCO zum Weltkulturerbe erklärt. Weite Regionen der Halbinsel, die größer als Deutschland ist, sind als Naturpark ausgewiesen. Kamtschatka ist über die Kurilen, einer über 1.200 Kilometer erstreckenden vulkanischen Inselkette, mit Japan verbunden.

Im Osten Kamtschatkas taucht im Norden die Nordamerikanische und im Süden die Pazifische Platte unter die Ochotskische Platte, die wiederum eine Mikroplatte der Eurasischen Platte ist, mit ca. 9,2 cm/Jahr ab (s. Karte). Die Kamtschatka-Halbinsel ist damit Teil des Pazifischen Feuerrings, in dem es immer wieder zu Vulkanausbrüchen und Erdbeben kommt. 

Auf Kamtschatka reihen sich perlenschnurartig zahlreiche Vulkane aneinander, von denen allein 30 als aktiv eingestuft werden. Die Vulkane unterscheiden sich teilweise ganz erheblich in ihrer Form, aber auch in ihrer Gesteinszusammensetzung voneinander.

Entlang von Subduktionszonen entstehen typischer Weise Schichtvulkane (Stratovulkane). Das Magma ist mit 700°C bis 900°C verhältnismäßig kühl und reich an Kieselsäure (Siliziumdioxid, SiO2). Durch den hohen Kieselsäuregehalt ist die eruptierte Lava relativ zähflüssig, was bei hohen Gasanteilen in der Gesteinsschmelze zu explosivem Ausbruchsverhalten führen kann. Da die Halbinsel unmittelbar an einer Subduktionszone liegt, ist es naheliegend, diesen Vulkantypen in der Region zu finden.
Etwas erstaunlicher ist allerdings, dass es zusätzlich auch einige Schildvulkane auf Kamtschatka gibt. Dieser Vulkantyp ist eher für auseinanderdriftende Plattenränder charakteristisch, wie er auf Island zu finden ist, oder auch für Intraplatten-Vulkanismus (Hot Spot), wie er für Hawaii typisch ist. Das Magma ist mit 1.000°C bis 1.250°C deutlich heißer, enthält weniger Kieselsäure, ist  niedrig viskos und entgast dadurch leichter. Das Ausbruchsverhalten ist damit ruhiger und ohne den Einfluss von Wasser effusiv.

Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ) in Kooperation mit russischen und französischen Forschern möchten in einem unter hohem logistischem Aufwand geplanten Feldexperiment den Krustenbereich unterhalb der Vulkane Zentral-Kamtschatka's gezielt untersuchen.  Mit Hilfe von geophysikalischen (seismischen) Messungen sollen anhand von Erdbebenwellen, die über 12 Monate aufgezeichnet werden, die Untergrundstruktur mit Aufstiegspfaden von Fluiden und partiellen Schmelzen sowie Magmenreservoiren in der Kruste aufgefunden werden. Das dabei zur Anwendung kommende wissenschaftliche Auswerteverfahren heißt seismische Tomographie, bei dem jedoch nicht nur die Ankunftszeiten der Erdbebenwellen an den Sensoren, die sogenannten Ersteinsätze, in die Auswertung einfließen, sondern auch spätere Einsätze von Scher- und Oberflächenwellen. Als Ergebnis lassen sich in einem räumlichen (3D) Modell des Untergrundes die Lage/Tiefe, die Größe oder auch mögliche Verbindungen zwischen einzelnen Magmareservoiren darstellen. Darüber hinaus erlaubt eine gute Datenqualität, elastische Parameter aus den seismischen Daten abzuleiten, die eine Abschätzung darüber zulassen, wie groß der Anteil an flüssigem Material ist. Außerdem kann über abgeleitete Parameter geschlossen werden, ob signifikante Gasmengen vorhanden sind. Die Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen ermöglichen dann auch die unterschiedlichen Vulkantypen auf engem Raum erklären zu können.

Die Feldarbeiten auf Kamtschatka dauern noch bis Sommer 2016 an. An der Erdoberfläche wurden insgesamt 100 Seismometer innerhalb der Klyuchevskoy-Vulkangruppe ausgelegt. Der Klyuchevskoy ist dabei mit 4.750 m der höchste Vulkan Eurasiens. Zu dieser Gruppe aus 12 Vulkanen gehört auch der Tolbatschik, ein 3.682 m hoher Schildvulkan. Im November 2012 ist er letztmalig ausgebrochen. Durch einen früheren Ausbruch im Jahr 1975 wurden nordöstlich und südwestlich weitere Schlackekegel gebildet. Nach Auswertung der Daten, hoffen die Wissenschaftler dann weitere Hintergründe über die unterschiedlichen Vulkantypen und Gesteinszusammensetzung geben zu können.
Text: Dr. Ute Münch, fachliche Durchsicht Dipl. Geophys. Birger Lühr, Deutsches GeoForschungsZentrum

Literaturtipp

Dossier zum Thema Vulkanismus (für den Schulunterricht geeignet)

Text, Fotos und Grafiken soweit nicht andere Lizenzen betroffen: eskp.de | CC BY 4.0
eskp.de | Earth System Knowledge Platform – die Wissensplattform des Forschungsbereichs Erde und Umwelt der Helmholtz-Gemeinschaft

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