Der Vulkan Westdahl Peak in Alaska brach zuletzt 1992 aus, und die anhaltende Ausdehnung deutet auf einen baldigen erneuten Ausbruch hin. Experten sagten den nächsten Ausbruch für 2010 voraus, aber der Vulkan, der sich unter einer etwa 1 km dicken Gletschereisschicht befindet, ist bisher noch nicht wieder ausgebrochen. Anhand des Westdahl-Peak-Vulkans wurde in einer neuen Vulkanmodellierungsstudie untersucht, wie Gletscher die Stabilität und die kurzfristigen Ausbruchszyklen von Vulkansystemen in den hohen Breitengraden beeinflussen, von denen einige entlang wichtiger Flugrouten liegen.
In der Studie, die von der Studentin Lilian Lucas von der University of Illinois Urbana-Champaign gemeinsam mit dem Doktoranden Jack Albright, dem ehemaligen Doktoranden Yan Zhan und der Geologieprofessorin Patricia Gregg geleitet wurde, wurde die Stabilität des Gesteins, das vulkanische Systeme umgibt, mit Hilfe numerischer Finite-Elemente-Modelle untersucht – allerdings mit einer neuen Wendung. Das Team berücksichtigte den zusätzlichen Druck von Gletschereisvulkanen bei der Vorhersage des Zeitpunkts von Eruptionen.
“Bei der Vorhersage von Vulkanausbrüchen spielen viele Variablen eine Rolle, darunter die Tiefe und Größe der Magmakammer eines Vulkans, die Geschwindigkeit, mit der das Magma diese Kammer füllt, und die Festigkeit des Gesteins, das die Kammer umgibt, um nur einige zu nennen”, so Lucas. “Die Berücksichtigung des Drucks, der von den Polkappen ausgeht, ist eine weitere kritische, aber noch nicht ausreichend bekannte Variable.
Der Vulkan Westdahl Peak auf der Inselkette der Aleuten im Westen Alaskas eignet sich hervorragend für die Untersuchung, da er gut instrumentiert ist und vom Alaska Volcano Observatory kontinuierlich überwacht wird, so die Forscher.
“Die Aleuten sind ziemlich abgelegen, aber sie liegen an einer wichtigen Luftverkehrs- und Handelsroute, die Nordamerika und Ostasien verbindet”, so Albright. “Vulkanasche in der Atmosphäre ist für Flugzeugtriebwerke gefährlich und kann zu erheblichen Störungen im Flugverkehr führen, so dass eine genauere Vorhersage – selbst auf Monatsebene – wichtige Sicherheitsinformationen für den Flugverkehr und die Anwohner liefern kann.
Um festzustellen, wie sich der Druck des Polareises auf den Zeitpunkt von Eruptionen auswirken kann, führte das Team Computersimulationen von Magmareservoirs unterschiedlicher Größe und Form durch, heißt es in der Studie. Die Forscher variierten den Fluss bzw. die Menge an Magma, die von unten in das System eindringt, um festzustellen, wann der entsprechende Druck die Festigkeit des umgebenden Gesteins übersteigt, was zum Versagen des Gesteins und damit zu einer Eruption führen kann.
“Wir fügen dann Parameter für unterschiedliche Eisdicken in jedes Modellszenario ein und vergleichen, wie lange es dauert, diesen Punkt des Versagens mit und ohne Eis zu erreichen”, so Albright.
Die Studie zeigt, dass im Vergleich zu der Zeit, die der Westdahl Peak ohne Gletschereis für einen Ausbruch benötigen würde, das Vorhandensein von Eis die Stabilität des Magmasystems erhöht und das Ausbruchsdatum um etwa sieben Jahre verschiebt.
“Genauer gesagt errechneten die Modelle ohne den einschränkenden Druck der Eiskappe eine Zeit bis zum Ausbruch von etwa 93 Jahren”, so Lucas. “Wenn man dem Modell eine 1 Kilometer dicke Eiskappe hinzufügt, erhöht sich das Ausbruchsdatum auf etwa 100 Jahre. Modelle sind kein perfektes Instrument für die Vorhersage künftiger Eruptionen, aber wir sind vor allem an der Verlängerung dieser Zeitspanne infolge der erhöhten Eislast interessiert.”
Generell zeigten die Studienergebnisse, dass Eisdicken von 1 bis 3 Kilometern eisbedeckte Vulkanausbrüche um Jahre bis Jahrzehnte verzögern können.
“Dieser Zeitgewinn mag auf einer geologischen Skala unbedeutend erscheinen, auf der menschlichen Zeitskala ist er jedoch von Bedeutung”, so Gregg. “In Zukunft wird es wichtig sein, die Gletschereisbedeckung bei zukünftigen Vorhersagen zu berücksichtigen”.
Das Team räumte ein, dass frühere Studien berücksichtigt haben, wie saisonale Veränderungen wie die jährliche Schneedecke das Ausbruchsintervall von Vulkanen beeinflussen könnten. Verglichen mit der Gesamtbelastung, die die Magmakammer bei einem Ausbruch überwinden muss, dürften kleine saisonale Schwankungen jedoch bei den meisten Systemen keine große Rolle spielen.
“Der saisonale Eisverlust kann sich bei Systemen, die kurz vor dem Versagen stehen, auf den Zeitpunkt der Eruption auswirken”, so Zhan. “Außerdem ist es wichtig zu untersuchen, wie sich der Klimawandel und die Gletschereisschmelze in Zukunft auf den Westdahl Peak und andere Vulkane in den hohen Breitengraden auswirken könnten”.
Die Ergebnisse der Studie werden in der Zeitschrift Frontiers in Earth Science veröffentlicht. Die National Science Foundation, die NASA und das University of Illinois Department of Geology Summer Undergraduate Research Opportunity Program unterstützten diese Studie.
Datum: Mai 9, 2022
Quelle: Universität von Illinois in Urbana-Champaign, Nachrichtenbüro
Journal Reference:
- Lilian C. Lucas, John A. Albright, Patricia M. Gregg, Yan Zhan. The Impact of Ice Caps on the Mechanical Stability of Magmatic Systems: Implications for Forecasting on Human Timescales. Frontiers in Earth Science, 2022; 10 DOI: 10.3389/feart.2022.868569