Erdbebenmessungen im abgelegenen Mary-Byrd-Land in der Antarktis haben zu ersten Mal Hinweise zu Tage gebracht, dass unter dem ewigen Eis aktive Krater brodeln könnten. Gletscher können dadurch ins Rutschen geraten.
Stuttgart - Ein Berg spuckt Feuer, schleudert glutflüssige Lava hoch in die Luft, ein zäher Gesteinsbrei wälzt sich dunkelrot an seinen Hängen talwärts, eine Wolke aus Asche und Gasen tief aus dem Erdinneren steigt einige Kilometer hoch in den Himmel – so stellen sich die meisten Menschen einen Vulkanausbruch vor. Beim neuesten Mitglied in der Riege solcher Feuerspeier aber ist anscheinend alles anders: Vermutlich wird es dieser Vulkan nie schaffen, sich einen Weg für Lava und Asche durch den mindestens tausend Meter dicken Eispanzer in der Antarktis zu schmelzen, unter dem er sich versteckt.
Trotzdem interessiert sich Gletscherforscher Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut (AWI), dem Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung, brennend für diese Entdeckung seiner Kollegen in den USA. Es handelt sich schließlich um den ersten Nachweis von aktiven Vulkanen unter dem Eis der Antarktis. „In solchen Regionen fließt mehr Wärme aus dem Erdinneren zur Oberfläche, die das Eis von unten schmelzen und so den Massenhaushalt und die Bewegungen der Gletscher ändern kann“, erklärt der AWI-Forscher.
Olaf Eisen untersucht das Verhalten der Eispanzer mit Hilfe von Radar- und Schallwellen, die sich je nach Beschaffenheit des Untergrundes unterschiedlich verhalten. Ein ähnliches Verfahren nutzen auch Doug Wiens von der Washington University in St. Louis im US-Bundesstaat Missouri und seine Mitarbeiter. Im Januar 2010 hatten diese Forscher im Marie-Byrd-Land der West-Antarktis zwei Ketten von insgesamt 37 Messgeräten für solche Erdbebenwellen aufgebaut, berichten sie in der Online-Zeitschrift Nature Geoscience. Diese Hochland-Region ist mit 1,6 Millionen Quadratkilometern ungefähr so groß wie die Flächen der fünf Staaten Österreich, Deutschland, Schweiz, Frankreich und Spanien zusammen und gilt selbst für die Verhältnisse der nahezu menschenleeren Antarktis als sehr abgelegen.
Mini-Erdbeben führen auf die Spur
Die dort installierten Seismometer zeichnen die Wellen weit entfernter Erdbeben auf. Die Forscher errechnen daraus ein grobes Bild der Verteilung von Eis und Fels im Untergrund. Bereits im Januar und Februar 2010 und ein zweites Mal im März 2011 zeichneten die Geräte zwei Schwärme von jeweils einigen Hundert Mini-Erdbeben mit Magnituden zwischen 0,8 und 3,0 auf, die Doug Wiens Doktorandin Amanda Lough zunächst nicht so recht verstand. Schmirgelten in der Tiefe vielleicht Felsen aneinander vorbei? Ächzten dort etwa zwei Eisschichten, die gerade aneinander vorbei schrammten? Die junge Forscherin wusste einfach nicht, was dort unten geschah.
Obendrein kamen die Signale seltsamerweise immer aus dem gleichen Gebiet. „Die Gegend lag in der Nähe einer Bergkette, aber leider nicht genau dort, sondern einige Kilometer daneben“, erinnert sich Amanda Lough an den Schlüssel zum Enträtseln der geheimnisvollen Erdbebenwellen. Bei dem achtzig Kilometer langen Gebirgszug handelt es sich nämlich um die „Executive-Committee-Kette“. Diese besteht aus fünf Vulkanen, von denen der fünf Kilometer weite Krater des Mount Sidley nahezu am südlichen Ende des Gebirgszugs 4181 Meter über dem Meeresspiegel aufragt. Dieser Vulkan ist zwar 400 Meter höher als der aktive Mount Erebus auf der Ross-Insel in der Antarktis, aber wegen seiner Abgelegenheit weitgehend unbekannt. Obendrein ist der jüngste Ausbruch des Mount Sidley auch schon 5700 Jahre her, und die gesamte Kette galt seither als erloschen.
55 bis 60 Kilometer weiter südlich aber hatten die Instrumente die beiden Erdbebenschwärme gemessen. Sollten diese vielleicht etwas mit den Vulkanen weiter im Norden zu tun haben? Tatsächlich deuteten verschiedene Tatsachen genau darauf hin: Während normale Erdbebenwellen in einer Sekunde zehn bis zwanzig Mal schwingen, taten die aufgezeichneten Schwärme das nur zwei bis vier Mal. Entstanden waren sie in einer Tiefe von 25 bis 40 Kilometern, während das Hypozentrum normaler Erschütterungen eher in zehn bis 15 Kilometern liegt. „Beide Schwärme ähneln also verblüffend Erdbebenwellen aus tiefen Magmakammern“, kommentiert John Behrendt von der University of Colorado im US-amerikanischen Denver diese Analyse.
Im Radar erscheint ein tausend Meter hoher Berg
Offensichtlich bewegt sich in der Tiefe zähflüssiges Gestein, unter dem Eis des Marie-Byrd-Landes entsteht gerade ein Vulkan. Dieses Magma hat genau dort, wo der Herd der Erdbebenschwärme ist, bereits einen Berg aufgewölbt, der sich rund tausend Meter über den Felsuntergrund der Umgebung erhebt. Das messen Duncan Young und Don Blankenship von der University of Texas, wenn sie von einem Flugzeug aus mit Radarwellen das Eis durchleuchten, das sich mehr als tausend Meter über dem Gipfel des neuen Vulkans erhebt.
Die Radarstrahlen finden 400 bis 1400 Meter tief unter der Oberfläche des Eises auch noch eine ovale Schicht von Vulkanasche, die mit einer Länge von 50 und einer Breite von 20 Kilometern ungefähr die gleiche Fläche einnimmt wie die Stadt Berlin. Da der Schneefall in dieser Region den Eispanzer jedes Jahr rund 12,5 Zentimeter nach oben wachsen lässt, sollte die Asche vor etwa 8000 Jahren auf die damalige Oberfläche der Gletscher gefallen sein. Vermutlich stammt sie von einem Ausbruch des Mount Waesche, der nicht weit vom Mount Sidley ebenfalls am Südende der Executive-Committee-Kette aus dem Eis ragt und dessen letzter Ausbruch bisher völlig im Dunkeln lag.
Was aber passiert, wenn der neue Vulkan unter dem Gletscher, der bisher noch nicht einmal einen Namen hat, ausbricht? Um das mindestens 1200 Meter dicke Eis über dem Krater zu schmelzen, müsste die Eruption schon tausendmal mehr Hitze als übliche Vulkanausbrüche produzieren, haben Doug Wiens und Amanda Lough ausgerechnet. Es ist also sehr unwahrscheinlich, dass der Namenlose Lava und Asche durch das Eis in die Luft schleudert.
Gletscher können auf einem Film aus Wasser rutschen
„Vermutlich ähnelt ein solcher Ausbruch also eher den Eruptionen von Vulkanen auf Island, von denen einige ebenfalls unter einigen hundert Meter dicken Eispanzern liegen“, erklärt AWI-Gletscherforscher Olaf Eisen. Dort lässt der Ausbruch die Unterseite der Gletscher schmelzen, im Eis entsteht eine Kaverne mit vielen Millionen Liter Wasser. Diese Fluten schmelzen sich rasch Kanäle, durch die das Wasser dann unter dem Eis davonschießt. Diese Ereignisse beeinflussen so nur die nähere Umgebung des Vulkans; viel anders dürfte es auch in der Antarktis nicht sein.
„Bisher wussten wir aber nicht, ob es unter dem Eis der Antarktis heute noch aktive Vulkane gibt“, erklärt Olaf Eisen. In solchen Gebieten aber kommt es nicht nur zu Ausbrüchen. Gleichzeitig fließt auch mehr Hitze aus dem Erdinneren zur Oberfläche. In der Antarktis aber kann diese Energie die Unterseite des Eises ein wenig schmelzen. So entsteht eine dünne Wasserschicht, auf der die Gletscher wie auf einem Schmierfilm erheblich schneller rutschen als Eis, das ohne Wasserfilm direkt an den Untergrund angefroren ist.
Das aber ist in Zeiten des Klimawandels keine gute Nachricht: Forscher befürchten ohnehin, dass steigende Wassertemperaturen das Eisschild der Westantarktis vom Meer aus destabilisieren, schneller fließen und dadurch schrumpfen lassen könnten. Der aktive Vulkanismus unter dem Eis könnte diesen Vorgang weiter schmieren und beschleunigen.
Heiße Aktivitäten tief unter der Erdoberfläche
Erdplatten
Vulkane entstehen durch verschiedene Vorgänge tief unter der Erdoberfläche. So taucht rund um den Pazifik eine Erdplatte unter die ringsum liegenden Landmassen. In einer Tiefe von hundert bis 120 Kilometer hilft das darin enthaltene Wasser bei Temperaturen von 1000 bis 1300 Grad Celsius einen Teil des Gesteins zu schmelzen.
Magma
Dieser Magma genannte Gesteinsbrei ist leichter als das Gestein der Umgebung und steigt daher durch Risse und Spalten wieder Richtung Erdoberfläche auf. Erreicht das Magma die Erdoberfläche, können wie in Neuseeland, Indonesien, Japan und Kamtschatka sowie in den amerikanischen Rocky Mountains und den Anden Vulkane ausbrechen.
Hot Spots
Vulkanisch besonders aktive Hot Spots sind dagegen Regionen, in denen das Gestein des Erdmantels ähnlich wie ein Knetgummi langsam nach oben steigt. Solche Plumes tragen auch einen Teil der Hitze aus dem Erdinneren nach oben und können sich wie ein überdimensionaler Schweißbrenner so lange durch die Erdkruste schmelzen, bis ein Vulkan ausbricht. Hot Spots gibt es zum Beispiel unter Island, Hawaii und den Galapagos-Inseln. Noch nicht geklärt ist die Situation unter dem Marie-Byrd-Land der Antarktis, wo jetzt der erste aktive Vulkan unter dem Eis entdeckt wurde.