Wenn es um globale Katastrophen geht, stehen Supervulkane schweren kosmischen Einschlägen in nichts nach. Auch unter Europas Süden lauert eine solche Gefahrenquelle. Der jüngste von vier Ausbrüchen des Toba auf der indonesischen Insel Sumatra könnte vor 75.000 Jahren sogar die Ausbreitung des Menschen eingeschränkt haben. Auch wenn diese Theorie in der Fachwelt noch diskutiert wird – klar ist, dass ein solcher enormer Ausbruch weltweite und langfristige Auswirkungen hat.
Bisher hatte man angenommen, dass sich die Biosphäre jedoch innerhalb von Jahrzehnten bis Jahrhunderten von den Folgen solcher Supereruptionen erholte. Ein internationales Forscherteam konnte aber nun am Beispiel des Toba nachweisen, dass Supervulkane selbst tausende Jahre nach ihrem Ausbruch aktiv und gefährlich bleiben.
Riesiger Caldera-See
Supervulkan-Eruptionen fördern sehr große Mengen Magma an die Erdoberfläche. Dabei bricht die Erdkruste über der sich entleerenden Magmenkammer ein, sodass sich ein oft wassergefüllter Kessel – eine sogenannte Caldera – bildet. Im Fall des Toba-Vulkans ist der Caldera-See etwa 100 Kilometer lang, 30 Kilometer breit und bis zu 500 Meter tief. "Diese Ausmaße belegen die ungeheure Zerstörungskraft derartiger vulkanischer Explosionen", erläutert Axel Schmitt von der Universität Heidelberg, der die Arbeitsgruppe für Isotopengeologie und Petrologie am Institut für Geowissenschaften leitet.
Durch die Freisetzung von vulkanischem Staub und Gasen kann sich zudem das Erdklima verändern – es kommt zu einem sogenannten vulkanischen Winter, der mit weiträumiger Nahrungsknappheit und Massensterben einhergehen kann. Wann und wie sich die großen Magmamengen, die bei einer Supereruption gefördert werden, ansammelten und in welcher Form das Magma vor und nach einem Ausbruch vorlag, sind daher wichtige Fragen in der Vulkanforschung.
Für Jahrtausende aktiv
Um diesen Fragen nachzugehen, untersuchten die Wissenschafter die Minerale Feldspat und Zirkon in Lavagestein, das nach dem Toba-Superausbruch im Innern der Caldera austrat. Anhand von radiometrischen Datierungen, die mit der Heidelberger Ionensonde – einem räumlich besonders hochauflösenden Massenspektrometer – durchgeführt wurden, gelang es, das Alter von Zirkonkristallen im Gestein zu bestimmen.
Der im Fachjournal "Communications Earth & Environment" veröffentlichten Studie zufolge blieb der Toba-Vulkan auch 5.000 bis 13.000 Jahre nach seinem Ausbruch aktiv und somit zumindest für seine nähere Umgebung gefährlich. Weitere Messungen ergaben außerdem, dass dieses Magma vergleichsweise kalt und in einem nahezu festen, gesteinsartigen Zustand an die Oberfläche gelangte.
Nach Angaben der Forscher wird dieses Phänomen häufig in Kratern von Schichtvulkanen beobachtet, war in dieser Dimension bislang jedoch unbekannt. "Nach dem Toba-Ausbruch hat sich der abgekühlte Rand des zurückgebliebenen Magmas wie ein Schildkrötenpanzer aufgewölbt", beschreibt Schmitt diesen neu entdeckten Vorgang.
Umdenken beim Gefährdungspotential
"Wir müssen unser Verständnis von Vulkanen diesbezüglich anpassen", betont Shanaka de Silva von der Oregon State University (USA). "Um eine vulkanische Eruption vorherzusagen, versuchen wir normalerweise anhand von geophysikalischen Methoden zu bestimmen, ob sich unterirdisch geschmolzenes Gestein angesammelt hat. Unsere Studie zeigt, dass Vulkane auch ausbrechen können, wenn das Magma direkt unter dem Vulkan fest ist. Das bedeutet, dass wir unsere Überwachungs- und Frühwarnsysteme für aktive Vulkane anpassen und auch ihr Gefährdungspotential anders bewerten müssen." (red, 7.9.2021)