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Mount Erebus in der Antarktis ist der südlichste aktive Vulkan der Welt und ein recht ungewöhnlicher: In seinem Gipfelkrater befindet sich ein ständiger Lavasee von der Größe eines Fußballfeldes. Nur wenige andere Vulkane auf der Erde verfügen über einen Lavasee. Ein Forschungsteam hat jetzt herausgefunden, dass der Lavasee des Erebus von einer etwa 20 Kilometer breiten und bis in 100 Kilometer Tiefe reichenden Magmaröhre gespeist wird. Im Rahmen der Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, entstanden auch die ersten 3D-Darstellungen der Magmakammer.
Eine weitere Besonderheit des Mount Erebus ist, dass er schon seit Millionen von Jahren aktiv ist und mit seinem Magma mehr Kohlendioxid mit sich führt als viele andere Vulkane. «Erebus ist ein interessanter Vulkan, unabhängig davon, dass er in der Antarktis liegt», sagte Phil Wannamaker (✝ August 2022), Geologe an der University of Utah und Co-Autor der Studie, gegenüber «The Antarctic Sun». «Er ist einer der reinsten kohlendioxiddominierten Vulkane der Welt.»
Mount Erebus lässt sich nicht wie andere Vulkane über seismische Wellen kartieren. Daher nutzten Wannamaker und sein Team natürlich vorkommende elektromagnetische Wellen, um die Gesteine der Erdkruste und des Erdmantels anhand ihrer elektrischen Leitfähigkeit darzustellen.
Ihre Ergebnisse zeigen eine fast senkrechte Magmaröhre mit einem Durchmesser von ungefähr 20 Kilometern, die sich bis in etwa 100 Kilometer Tiefe in den Erdmantel erstreckt. Etwa 15 Kilometer unter dem Vulkan verengt sich die Röhre zu einer Art Ventil und dreht sich leicht nach Osten.
«Die beiden Dinge, die wir wirklich gesehen haben, sind ein Verwerfungsventil, das den episodischen Durchbruch von Magma zur Oberfläche kontrolliert, und zweitens sind wir in der Lage, dem Magma kontinuierlich und vollständig bis zum Lavasee zu folgen», sagte Wannamaker.
Über dieses sogenannte Verwerfungsventil fließt geschmolzenes Gestein direkt aus dem Erdmantel in den offenen Lavasee. Es steuert wie eine Düse den Fluss von Magma und Gas nach oben in den Lavasee. So werden kleine Mengen von Magma und Kohlendioxid in Schüben an die Oberfläche befördert, anstatt in einem kontinuierlichen Fluss.
Das Magma enthält viel Kohlendioxid, das Wasser aus dem geschmolzenen Gestein absorbiert und dieses so heiß und trocken hält. Dadurch bleibt das Magma dünnflüssig und kann beim Aufstieg durch die Erdkruste nicht stecken bleiben. Der Lavasee wird also regelmäßig mit geschmolzenem Gestein gespeist, was erklären könnte, dass Mount Erebus häufige milde Ausbrüche hat und sein Lavasee seit Jahrzehnten bestehen bleibt, im Gegensatz zu wasserreichen Vulkanen, die selten aber explosiv ausbrechen.
Laut Wannamaker hilft die Untersuchung des Erebus-Lavasees den Geologen auch zu verstehen, wie seltene chemische Elemente aus dem Erdmantel an die Oberfläche gelangen können. «Grabensysteme wie der Mount Erebus haben in einigen geologischen Zeiträumen klimawirksame Mengen an Kohlendioxid ausgestoßen», so Wannamaker. «Das Verständnis der Steuerung und Geometrie von Magmabewegungen könnte auch die regionalen Explorationsmodelle für seltene Elemente verbessern, die wir für unser tägliches Leben benötigen.»
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: Hill, G.J., Wannamaker, P.E., Maris, V. et al. Trans-crustal structural control of CO2-rich extensional magmatic systems revealed at Mount Erebus Antarctica. Nat Commun 13, 2989 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30627-7