Eine neue Studie hat eine ungewöhnliche Art explosiver Vulkanausbrüche untersucht, die durch eine Serie von Ereignissen beim Hawaii Vulkanausbruch am Kilauea-Vulkan im Mai 2018 erstmals beobachtet wurden. Diese Eruptionen erzeugten atmosphärische Fahnen, die bis zu 8 Kilometer über dem Schlot aufstiegen, und könnten eine neue Kategorie von Vulkanausbrüchen darstellen.
Traditionelle Mechanismen explosiver Vulkanausbrüche
Traditionell werden explosive Vulkanausbrüche durch magmatische Fragmentierung oder Dampfausdehnung angetrieben. Solche Ereignisse erzeugen gefährliche Abgasfahnen, die aus Tephrapartikeln, heißem Gas und Luft bestehen. Die Ereignisse beim Hawaii Vulkanausbruch am Kilauea-Vulkan passen jedoch nicht in dieses klassische phreatisch-magmatische Spektrum, sondern scheinen durch einen anderen Mechanismus ausgelöst worden zu sein, bekannt als der „Stomp-Rocket“-Mechanismus.
Forschende nutzten seismische Inversionen, um den Druck im Magmareservoir als Ausgangspunkt für dreidimensionale Simulationen des Aufstiegs dieser Eruptionsplumes zu modellieren. Diese Simulationen beinhalteten die Untersuchung des instationären mehrphasigen Aufstiegs des Plumes durch ein Conduit und eine geschichtete Atmosphäre.
Der „Stomp-Rocket“-Mechanismus beim Vulkanausbruch in Hawaii
Die Analysen ergaben, dass die beobachteten Fahnen mit Eruptionen übereinstimmen, die durch ein abruptes Absinken des Dachgesteins des Reservoirs verursacht wurden. Dieses Absinken führt zu einem Druckanstieg im darunter liegenden Magmareservoir, was den „Stomp-Rocket“-Mechanismus in Gang setzt. In dem Modell des Forschungsteams war das Magmareservoir von einer Schicht aus Hochtemperatur-Magmagas und lithischen Trümmern überlagert. Dies trieb die Eruption von Partikeln durch einen etwa 600 Meter langen Kanal mit einer Geschwindigkeit von etwa 3.000 Kubikmetern pro Sekunde an. Die Geschwindigkeit und Stärke der Eruption führten dazu, dass die atmosphärischen Fahnen bis zu 8 Kilometer hoch stiegen.
Vergleich von Simulationen und Beobachtungen
Die Simulationen wurden mit Daten über die Aufstiegszeiten des Materials im Conduit, die aus seismischen und Infraschalldaten abgeleitet wurden, sowie mit Beobachtungen der Fahnenhöhen aus Radardaten verglichen. „Wir konnten zeigen, dass die beobachteten Parameter gut mit unseren Modellen übereinstimmten, was die Gültigkeit unserer Theorie über den Stomp-Rocket-Mechanismus unterstützt“, erklärten die Forschenden.
Diese Ergebnisse zeigen, dass es einen ausgeprägten kollapsgetriebenen Eruptionstyp gibt, der von den klassischen magmatischen und phreatischen Mechanismen abweicht. Die Erkenntnisse bieten einen Rahmen für die Integration verschiedener geophysikalischer und atmosphärischer Daten mit numerischen Simulationen, um das Verständnis solcher instationären explosiven Eruptionen zu verbessern.
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