Fluctuating conduit dynamics during the 877 CE Hrafntinnuhraun rhyolitic fissure eruption, Torfajökull, Iceland
Diese Studie präsentiert die erste detaillierte Charakterisierung von proximalem Tephra der rhyolithischen Eruption von Hrafntinnuhraun im Jahr 877 n. Chr. bei Torfajökull, Island, welche eine komplexe, mehrphasige Eruptionsgeschichte offenbart, die durch fluktuierende Schlot-Dynamiken, durch Sintern erzeugte juvenile Obsidiane und anhaltend hohe Magmadekompressionsraten selbst während der abklingenden Stadien der Eruption getrieben wurde.
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Vulkane werden oft als einzelne, dramatische Ereignisse vorgestellt: Ein Berg erwacht, speit Feuer und Asche und wird dann wieder still. Doch für Geologen sind die gefährlichsten und faszinierendsten Eruptionen selten so einfach. Es sind komplexe, sich verändernde Prozesse, bei denen das Verhalten des Magmas tief unter der Erde die Art und Weise verändert, wie sie an der Oberfläche ausbrechen. Eine zentrale Frage der modernen Vulkanologie ist, wie eine heftige, ascheausstoßende Explosion langsam in einen sanfteren Lavastrom übergehen kann oder wie diese beiden Verhaltensweisen gleichzeitig auftreten können. Dieser Übergang ist schwierig zu untersuchen, da er tief im Inneren des Vulkans stattfindet, verborgen von der Sicht, und weil die zurückgelassenen Gesteine oft verstreut oder begraben sind. Das Verständnis dieses Wandels ist entscheidend für die Vorhersage, wie zukünftige Eruptionen verlaufen könnten, da der Unterschied zwischen einer massiven Aschewolke, die den globalen Flugverkehr stört, und einem langsamen Lavastrom, der lokale Gemeinschaften bedroht, von diesen verborgenen Mechanismen abhängt.
In Island bietet eine spezifische Eruption aus dem Jahr 877 n. Chr. ein seltenes, gut erhaltenes Fenster in diesen chaotischen Prozess. Bekannt als die Hrafntinnuhraun-Eruption, ereignete sie sich am Torfajökull-Vulkan und erzeugte eine massive Ascheschicht, die die Siedlungsgeschichte Islands maßgeblich mitbestimmte. Während Wissenschaftler schon lange die Asche untersuchen, die weit über die Landschaft getragen wurde, blieb das Material, das direkt neben den Ausbruchsschloten abgelagert wurde, weitgehend unerforscht. Ein Forscherteam reiste kürzlich zum Fundort, um einen viereinhalb Meter dicken Stapel vulkanischer Gesteinsschichten zu untersuchen, die weniger als zwei Kilometer von dem Ort entfernt liegen, an dem die Eruption begann. Durch die sorgfältige Analyse der Größe, Form und chemischen Zusammensetzung dieser Gesteine konnten sie eine minutengenaue Geschichte darüber rekonstruieren, wie sich die interne Rohrleitung des Vulkans im Verlauf der Eruption veränderte, was eine Erzählung von plötzlichen Stopps, heftigen Neustarts und einer langsamen Transformation von einer Explosion zu einem Fluss offenbart.
Die Forscher fanden heraus, dass die Eruption nicht in einem einzigen, stetigen Stoß stattfand. Stattdessen war sie eine Serie distinkter Phasen, die durch kurze Pausen getrennt waren. Die Sequenz begann mit einer feinen Ascheschicht, was darauf hindeutet, dass die Eruption mit einem kleinen, wassergetriebenen Ausbruch begann. Dies wurde schnell von einer gewaltigen Explosion gefolgt, die große, bimssteinähnliche Gesteine herausschleuderte. Dann stoppte die Aktivität abrupt. Das Team identifizierte eine dünne, schlammige Gesteinsschicht, die diese Ruhephase markiert, welche wahrscheinlich mehrere Stunden dauerte. Sie glauben, dass der Schlund oder die Conduit des Vulkans vorübergehend durch herabfallendes Gestein von den Wänden blockiert wurde, was dazu führte, dass sich der Druck tief unter der Erde aufbaute. Als die Blockade schließlich nachgab, setzte die Eruption mit einer neuen Intensität fort und schleuderte eine Mischung aus dunklen, glasartigen Gesteinen und rötlichen, veränderten Steinen aus, die in den früheren Schichten noch nicht zu sehen waren.
Während die Eruption fortschritt, änderte sich das Muster erneut. Das Team beobachtete einen rhythmischen Zyklus aus stärkeren und schwächeren Pulsen. Während der stärkeren Ausbrüche grub der Vulkan tief liegende, glasartige Gesteine aus den Wänden seines eigenen Schlunds aus. In den ruhigeren Momenten kühlten die Wände ab und verschmolzen zusammen, wodurch eine neue Glasschicht entstand. Diese Auskleidung wurde dann während des nächsten starken Pulses aufgebrochen und herausgeschleudert. Dieser Zyklus aus dem Aufbau einer glasigen Wand und deren anschließender Zertrümmerung wiederholte sich immer wieder und erzeugte eine komplexe Mischung verschiedener Gesteinstypen in den Schichten. Die Forscher maßen die winzigen Blasen innerhalb dieser Gesteine, um zu bestimmen, wie schnell das Magma aufstieg und dekomprimierte. Sie fanden heraus, dass selbst als die Eruption bereits abzuschwächen schien, das Magma immer noch schnell aufstieg, was darauf hindeutet, dass sich der Schund verengte und die Explosionen kurz vor dem Ende fokussierter und heftiger wurden.
Schließlich ging die explosive Phase in einen hybriden Zustand über, in dem Lava aus dem Schlot ausströmte, während gleichzeitig kleine, niederintensive Aschewolken aufstiegen. Die letzten Gesteinsschichten der Sequenz zeigen Anzeichen dieses Übergangs, wobei die Asche feiner wurde und die Gesteine darauf hindeuteten, dass sich die Quelle des Materials der Oberfläche näherte. Die Studie legt nahe, dass die gesamte explosive Phase, die diese multiplen Zyklen von Intensität und Pause beinhaltete, wahrscheinlich über einen Zeitraum von etwa fünf Tagen stattfand. Die Ergebnisse stellen die Vorstellung infrage, dass solche Eruptionen einfache, lineare Ereignisse sind. Stattdessen zeigen sie ein dynamisches System, in dem die Wände des Schlunds als Materialquelle fungieren, die wiederholt aufgebrochen, verschmolzen und erneut zertrümmert werden.
Dieser detaillierte Blick auf die Gesteine unmittelbar neben dem Schlot bietet ein viel klareres Bild davon, wie sich silizische Eruptionen entwickeln, als dies Studien über ferne Aschedepots je könnten. Er zeigt, dass der Übergang von einer heftigen Explosion zu einem sanften Lavastrom kein glatter Gleitprozess ist, sondern ein zackiger Pfad aus schwankendem Druck und sich ändernden Bedingungen. Die Forscher stellten fest, dass die von ihnen untersuchten Gesteine Hinweise darauf enthielten, wie das Magma mit Wasser und den Wänden des Vulkans interagierte, was eine komplexe Textur erzeugte, die man aus der Ferne unmöglich erraten könnte. Durch die Zusammenstellung der chemischen Signaturen und der physischen Formen der Gesteine hat das Team ein einheitliches Modell der Eruption erstellt, das erklärt, wie ein einzelner Vulkan in so kurzer Zeit eine so große Vielfalt an Verhaltensweisen hervorbringen kann. Die Arbeit unterstreicht, dass Wissenschaftler, um vulkanische Gefahren wirklich zu verstehen, die unmittelbare Umgebung des Schlotes betrachten müssen, wo die dramatischsten und schnellsten Veränderungen des Charakters der Eruption im Stein festgehalten sind.
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