Magmas Ballonartiger Auftrieb Treibt Superausbrüche

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Der auftrieb von magma, der die abwasserleitungen unterhalb von supervulkanen füllt, die vulkane, die die größten eruptionen auf der erde erzeugen, könnte der auslöser für diese eruptionen sein.

Die stärksten Vulkanausbrüche auf der Erde könnten durch die Art und Weise verursacht werden, in der geschmolzenes Gestein durch den Boden bohrt, wie ein Ballon im Wasser nach oben schwebt, sagen Forscher in einer neuen Studie.

Die Studie, die am 5. Januar in der Zeitschrift Nature Geoscience online veröffentlicht wurde, zeigt auch, dass der größte Eruption auf der Erde tausendmal größer sein könnte als alles, was in der aufgezeichneten Geschichte erwähnt wird.

Supervulkane sind in der Lage, Ausbrüche zu machen, die weitaus größer sind als alles in der Geschichte der Menschheitsgeschichte, und tausende Male mehr Magma und Asche ausstoßen als selbst der Mount St. Helens 1980, wodurch riesige Krater, bekannt als Calderas, mit einer Breite von bis zu 100 Kilometern zurückgelassen wurden. Heute gibt es etwa zwanzig Supervulkane, darunter bekannte Beispiele unter dem Yellowstone National Park in den Vereinigten Staaten und am Lake Toba in Indonesien.

Seit Beginn der ersten menschlichen Aufzeichnung ist kein Supervulkan aktiv. Obwohl dies sicherlich für die Menschheit von Nutzen war, bedeutet dies auch, dass über diese massiven Ausbrüche, wie z. B. wie sie ausgelöst werden, vieles unbekannt ist.

Es ist bekannt, dass herkömmliche Vulkane ausbrechen, nachdem sich Druck aus neuem Magma aufgebaut hat, das in die Magmakammern strömt, die unter den Lüftungsöffnungen auf der Oberfläche des Planeten liegen.

"Es ist, als würde man viel Luft in einen kleinen Ballon blasen - er kann explodieren, wenn man ihn zu schnell mit zu viel Luft auffüllt", sagte der Vulkanologe Luca Caricchi von der Universität Genf in der Schweiz.

Diese Art von Trigger funktioniert jedoch nicht für Supervulkane, deren Magmakammern bis zu 60 Meilen breit und mehrere Kilometer dick sein können. Magma kann diese Kammern nicht schnell genug füllen, um genug Druck für einen Ausbruch zu erzeugen, zumindest nicht, bevor das Magma für eine Explosion zu stark abkühlt und verhärtet, sagen Caricchi und seine Kollegen. [Countdown: Die zerstörerischsten Vulkane der Geschichte]

"Es ist, als würde man versuchen, einen großen Ballon zu füllen - es ist viel schwieriger, ihn explodieren zu lassen", sagte Caricchi gegenüber OurAmazingPlanet von WordsSideKick.com. "Sie brauchen einen anderen Mechanismus, damit Superausbrüche auftreten können."

Schwimmender Ballon

Um mehr darüber zu erfahren, was Supervulkane ausbricht, haben Caricchi und seine Kollegen über 1,2 Millionen Computersimulationen durchgeführt, um zu untersuchen, unter welchen Bedingungen Vulkanausbrüche unterschiedlicher Größe auftreten können.

Unabhängig davon führten der experimentelle Geochemiker Wim Malfait von den Schweizer Laboratorien für Materialwissenschaft und -technologie und seine Kollegen Laborexperimente durch, bei denen künstlich erzeugtes Magma unter den gleichen extremen Temperaturen und Drücken erzeugt wurde, die normalerweise in einem Supervulkan gefunden werden. Sie analysierten die Dichte dieses Magmas unter Verwendung der brillantesten Röntgenstrahlen der Welt in der europäischen Synchrotronstrahlungsanlage in Grenoble, Frankreich.

Der Eindruck dieses Künstlers zeigt die Magmakammer eines Supervulkans mit teilweise geschmolzenem Magma an der Spitze. Der Druck aus dem Auftrieb reicht aus, um Risse in der Erdkruste einzuleiten, in die das Magma eindringen kann.

Der Eindruck dieses Künstlers zeigt die Magmakammer eines Supervulkans mit teilweise geschmolzenem Magma an der Spitze. Der Druck aus dem Auftrieb reicht aus, um Risse in der Erdkruste einzuleiten, in die das Magma eindringen kann.

Bildnachweis: ESRF / Nigel Hawtin.

Bei den Laborexperimenten von Malfait und seinen Mitarbeitern und Computermodellen von Caricchi und seinen Kollegen wurde entdeckt, dass aufgrund des Auftriebs von Magma Superausbrüche auftreten könnten. Geschmolzenes Gestein in der Erdkruste ist schwimmfähig, da es heißer und weniger dicht ist als das feste Gestein, das es umgibt.

"Der Druck, der durch den Auftrieb von Magma erzeugt wird, ist derselbe Druck, den Sie spüren können, wenn Sie einen Ballon unter Wasser halten", sagte Caricchi. "Da das Magma weniger dicht ist als seine Umgebung, hat es eine natürliche Tendenz, an die Oberfläche zu steigen, wodurch ein Druck erzeugt wird, der schließlich zu Übereruptionen führt."

Der Druck, den dieses schwimmende Magma an den Wänden der Magmakammer eines Supervulkans ausübt, wenn es über Tausende und sogar Millionen von Jahren hinzugefügt wird, kann schließlich dazu führen, dass das Dach der Magmakammer zusammenbricht und einen riesigen Ausbruch auslöst.

"Vulkanische Freisetzungen von mehr als 500 Kubikkilometern Magma werden hauptsächlich durch Auftrieb ausgelöst", sagte Caricchi.

Diese Forschung legt auch nahe, dass die größte Menge an Magma, die ein Supervulkan auf der Erde in sich ansammeln könnte, bevor er ausbricht, "er liegt bei etwa 35.000 Kubikkilometern Material", sagte Caricchi. "Das ist viel Magma."

Im Vergleich dazu wurden die Ausbrüche von 1980 und 1991 am Mount St. Helens und Mount Pinatubo auf den Philippinen in der Größenordnung von 0,2 Kubikkilometer (1 Kubikkilometer) bzw. 2,4 Kubikkilometer (10 Kubikkilometer) Materie ausgeworfen.

So groß wie es nur geht

"Bei Superausbrüchen wird jedoch nicht die gesamte Menge ausgebrochen - nur ein relativ kleiner Prozentsatz, etwa 10 bis 20 Prozent", sagte Caricchi. "Das bedeutet, dass der größte physisch mögliche Ausbruch der Erde wahrscheinlich 4.000 bis 8.000 Kubikkilometer groß sein wird."

"Wenn wir wissen, wie große Eruptionen auf der Erde auftreten können, erhalten wir eine bessere Vorstellung davon, wie großartige Eruptionen auf der Erde variieren und wie häufig Eruptionen unterschiedlicher Größe auftreten", fügte Caricchi hinzu.

Andere Forschungsgruppen haben angedeutet, dass geschmolzenes Gestein in einer Magmakammer eines Supervulkans die Kruste darüber erwärmen könnte, bis das Gestein gebrochen ist und einen Superausbruch auslöst.

"Damit dieser Mechanismus effizient ist, braucht man jedoch nicht nur Wärme in der Magmakammer, sondern auch Druck, und um Druck in den großen Kammern zu erzeugen, die Supervulkane haben, hilft Auftrieb", sagte Caricchi. "Wir glauben also, dass Auftrieb die Hauptrolle bei Superausbrüchen spielt."

Malfait sagte, dass Übereruptionen sehr selten sind und alle 100.000 Jahre vorkommen. "Sie sind also kein Grund zur Sorge", sagte er. "Andererseits scheint es ziemlich sicher zu sein, dass man irgendwann in ferner Zukunft passieren wird und die Menschheit sich damit auseinandersetzen muss. Im Moment können wir sie nicht vorhersagen und sicherlich nicht verhindern oder mildern, aber wir haben Zeit - es gibt keine Dringlichkeit dort. "

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