300.000 Jahre Vulkanismus auf den Kapverden

Spurensuche im Sediment. Wissenschaftler untersuchen vulkanische Ablagerungen auf den Kapverden zur Gefahrenabschätzung durch künftige Vulkanausbrüche.

Seit Ende November ist der Vulkan Fogo aktiv. Lavafontänen, Lavaströme sowie Ausstoß von Gasen und pyroklastischem Material sind typisch für solch eine Strombolianische Eruption. Sie kommen hier etwa alle 20 Jahre vor. Und Fogo ist nur eine der zehn Kapverdischen Inseln, die jüngste, und auch die aktivste. Ein heißer Fleck im Erdmantel ist Ursache für seine Aktivität.

Wann gab es in geologischer Vergangenheit Vulkanausbrüche auf den Kapverdischen Inseln und wie haben sich ihre Frequenz und die Stärke der Ausbrüche, sowie die Zusammensetzungen der Magmen mit der Zeit verändert? Wie könnten Szenarien für die Zukunft aussehen?

Während seiner Doktorarbeit möchte Steffen Eisele vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel Antworten auf solche Fragen finden. Hierzu untersucht er zusammen mit seinen Kollegen Ablagerungen der vergangenen  300.000 Jahre, die von hochexplosiven Plinianischen Eruptionen kapverdischer Vulkane stammen. Während seiner Forschungsreisen auf die Kapverdischen Inseln nahm der Geologe detaillierte Geländeprofile auf und sammelte Proben, die er nun mit denen aus marinen Sedimentkernen vergleicht.
28 solcher bis zu 9 Meter langer Kerne aus dem Meeresboden wurden während einer Forschungsfahrt mit der RV METEOR rund um die Kapverdischen Inseln gewonnen. In ihnen sind über 200 Aschelagen enthalten.

An Land untersuchte der Doktorand vulkanische Ablagerungen nicht nur auf Fogo, sondern auch auf den Inseln Brava und Santo Antão. Hierbei wurden Kriterien beachtet wie zum Beispiel die Mächtigkeit der Lagen und sedimentäre Ablagerungsstrukturen sowie die Art der Klasten (Bims, Schlacke, Asche) ihre Korngrößen und Blasengehalte oder der Anteil an Mineralen. Außer den Tephra-Fallablagerungen sind in diesen Sequenzen auch Fließ-Ablagerungen enthalten, die von pyroklastischen Strömen (Ignimbrite) und Surges stammen. Auch Ablagerungen von Schuttströmen sind zu finden, die eine Unterbrechung in der Sequenz der Vulkanablagerungen bilden. Der wichtigste Teil von Eiseles Forschungsreisen war allerdings die Entnahme von Probenmaterial.

Im Labor werden die Proben von Land und aus den marinen Kernen gesiebt und unter dem Mikroskop mit Hinblick auf petrologische und vulkanologische Eigenschaften untersucht. Mit der Elektronenmikrosonde und weiteren Analysegeräten wird die geochemische Zusammensetzung von Vulkanischem Glas ermittelt. Durch einen geochemischen Fingerabdruck können die Ablagerungen sowohl zwischen einzelnen Aufschlüssen und Kernen korreliert  als auch einzelnen Vulkanen und Eruptionen zugeordnet werden. Weiterhin ermöglichen diese Informationen Rückschlüsse über die Herkunft der Magmen, Zusammenhänge der Magmensysteme und deren Entwicklung über die Zeit.

Besonders die Aschelagen in den marinen Sedimentkernen geben Auskunft über die Verbreitung der Aschen. Durch die neuen Erkenntnisse kann Eisele die Volumina der Eruptionen deutlich präziser abschätzen, als das zuvor, nur unter Einbeziehung der Ablagerungen auf den Inseln, möglich war. Vulkanische Ablagerungen, die an Land oft mehrere Meter Mächtigkeit aufweisen, bilden in den marinen Sedimentkernen bis zu 15 Zentimeter dicke Lagen. Um in größerer Entfernung vom Vulkan und in solcher Mächtigkeit abgelagert zu werden, müssen sie bei Plinianischen Eruptionen entstanden sein, deren Eruptionssäulen bis in die Stratosphäre (> 15 km) reichen. Von hier aus werden sie durch Winde weiter verbreitet. Zudem wurden in den Sedimentkernen Aschelagen identifiziert, die an Land nicht aufgeschlossen sind und daher zuvor unbekannt waren.

Über verschiedene Datierungsmethoden und die Korrelation von Aschelagen zwischen den Kernen und mit Ablagerungen an Land konnten die Wissenschaftler vom GEOMAR ein tephrostratigraphisches Gerüst erstellen, dass die direkte und relative zeitlich Abfolge der hochexplosiven Eruptionen auf den Kapverden darstellt. Aus all diesen Informationen können sich die Forscher ein Bild davon machen, wie eine Eruption abgelaufen sein könnte. Wie viele Phasen es gab, wie hoch die Eruptionssäulen waren und welches Magmavolumen eruptiert wurde. Hieraus kann wiederum die Stärke des Ausbruches abgeschätzt werden.

Aus dem gewonnenen Wissen über Eruptionsfrequenzen und der Eruptionsstärken der letzten 300.000 Jahre können Rückschlüsse auf die Gefahren, die von zukünftigen Ausbrüchen ausgehen, gezogen werden. Den derzeitigen Ausbruch des Vulkans Fogo konnte Eisele mit seinen Forschungsarbeiten allerdings nicht vorhersagen. Aber vor Ort wäre er derzeit sicher gerne.

Text: Christina Bonanati (GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel)

Weiterführende Informationen
  Hintergründe zum Vulkanismus auf den Kapverden und zum Ausbruch des Vulkans Fogo - "Fogo spuckt Feuer"

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