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Oct 04, 2023

Kristalle und Erze in Vulkanen könnten zu einer besseren Zukunft führen

Ich kann mich an meinen allerersten Geologieunterricht erinnern, in einem Alter, in dem ich noch keinen Geologieunterricht hatte

Ich kann mich an meinen allerersten Geologieunterricht erinnern, in einem Schulalter, als ich noch nicht einmal wusste, was das Wort Geologie bedeutet. Der Lehrer bat uns alle, einen Vulkan zu zeichnen, also holten wir unsere Notizbücher hervor und zeichneten eine typische Dreiecksform, mit etwas Lava, der Sonne, ein paar Bäumen, was auch immer. Unser Lehrer zeichnete dann dasselbe, das Dreieck, ganz oben auf die Tafel und sagte: „Das ist großartig, aber schauen Sie sich das an.“

Anschließend begann sie, ein riesiges Labyrinth aus Kanälen und Magmakammern unter der Oberfläche zu zeichnen – alles, was sich tief im Inneren des Vulkans abspielte, und zeigte, wie das Magma die Entwicklung von Eruptionen steuert.

Um die Entwicklung von Ausbrüchen an der Oberfläche zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, was tief im Inneren eines Vulkans passiert.

Ich war total süchtig. Von diesem Tag an wollte ich Vulkanologe werden.

Um die Entwicklung von Ausbrüchen an der Oberfläche zu verstehen, ist es wichtig zu verstehen, was tief im Inneren eines Vulkans passiert. Natürlich können wir nicht in aktive Vulkane hineingehen. Aber wir können unsere Wissenschaft zur Untersuchung nutzen. Wir haben festgestellt, dass ihre Komplexität enorm ist und die Komplexität je nach Setting unterschiedlich ist.

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Typischerweise finden wir Vulkane in drei tektonischen Regionen der Erde. Zum einen bewegen sich zwei tektonische Platten aufeinander zu – das nennt man Bogensystem. Ein anderer Grund ist, dass sich zwei tektonische Platten voneinander entfernen – das ist ein mittelozeanischer Rücken. Und ein anderes liegt geologisch gesehen mitten im Nirgendwo, und dort haben wir einen Hotspot, wie Hawaii. Die Architektur der Magma-Zufuhrsysteme kann in diesen unterschiedlichen geologischen Umgebungen sehr unterschiedlich sein.

Wir können sogar den Prozess, der den Ausbruch auslöste, genau bestimmen, um zukünftige Aktivitäten besser zu verstehen. So können wir bessere Prognosen erstellen.

Das Magma, das bis zur Oberfläche gelangt und Lava erzeugt, ist eine Mischung aus Flüssigkeiten, Gasen und Kristallen. Die Kristalle sind wirklich cool – sie sind wie kleine Helden. Sie wachsen im Inneren des Vulkans und zeichnen alles auf, was vor sich geht, was wir nicht sehen können. Sie ähneln ein wenig den Jahresringen von Bäumen und ermöglichen es uns, klimatische Schwankungen im Laufe der Zeit zu erkennen. Diese Kristalle sind winzig, wie Salzkörner, mit etwas Glück vielleicht so groß wie eine Kichererbse. Aber in diesen Kristallen gibt es Schichten, die aufzeichnen, was im Magmasystem passiert.

Wir analysieren diese Kristalle mit einem Mikroskop und einigen hochentwickelten Labortechniken. Auf diese Weise können wir die Abfolge der Prozesse sehen, die im Vulkan vor dem Ausbruch stattgefunden haben – und, was noch wichtiger ist, wir können den allerletzten Prozess sehen, den letzten Ring auf dem Kristall vor dem Ausbruch.

Wir haben eine Technologie entwickelt, die Laser verwendet, wie wir sie für Augenoperationen verwenden, um eine dünne Schicht von diesen Kristallen zu entfernen. Anschließend transportieren wir dieses Material zu einem Instrument, das die chemische Zusammensetzung misst: einem Massenspektrometer. Daraus können wir uns ein Bild von der Chemie dieser Ressource, der Kristalle, während ihres Wachstums machen. Wir können sogar den Prozess, der den Ausbruch auslöste, genau bestimmen, um zukünftige Aktivitäten besser zu verstehen. So können wir bessere Prognosen erstellen.

Der atemberaubendste Aspekt ist für mich der Klang. Ich erinnere mich, als ich den Stromboli zum ersten Mal ausbrechen sah – das grollende Geräusch war einfach unglaublich.

Dieser letzte Ring im Kristall sagt uns, dass kurz vor der Eruption neues Magma in das Magmareservoir gelangt ist. Dieses neue Magma könnte eine andere Zusammensetzung haben, mit einem hohen Gasgehalt, der genug Instabilität erzeugt, um das Magma an die Oberfläche zu drücken, ein bisschen so, als würde man eine Flasche Champagner schütteln.

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Dann wollen wir wissen, in welcher Tiefe das passiert ist. Wie viele Kilometer waren es im Inneren des Vulkans? Wie waren die Zeitpläne? Dies sagt uns, wie viel Zeit wir haben, um zu reagieren, wenn wir in Zukunft eine Magmabewegung in dieser Tiefe feststellen – zum Beispiel durch Erdbeben. Das ist das ideale Szenario, das unser Verständnis darüber stärkt, wie sich der Vulkan in der Vergangenheit verhalten hat, damit wir seine zukünftige Aktivität besser verstehen können.

Ich gehe oft zu Vulkanen, um Proben zu sammeln, normalerweise, wenn sie nach einem Ausbruch ruhig sind. Aber ich habe auch Vulkanausbrüche gesehen. Der atemberaubendste Aspekt ist für mich der Klang. Ich erinnere mich, als ich den Stromboli zum ersten Mal ausbrechen sah – das grollende Geräusch war einfach unglaublich. Wir hören es oft nicht, weil es nicht sicher ist, so nah zu sein. Es macht einem bewusst, wie lebendig die Erde ist.

Die Menschen leiden wirklich, wenn der Ausbruch stattfindet. Sie müssen also nicht nur die Signaturen des Beginns des Ausbruchs erhalten, sondern möchten auch wissen, wann er enden wird.

Vor uns liegen zwei große Herausforderungen. So wie wir Laser verwenden, um detaillierte Informationen aus Kristallen zu extrahieren, entwickeln wir auch Lasertechnologie, um die Chemie der Flüssigkeiten zu verstehen, die diese Kristalle an die Oberfläche bringen.

Kristalle ermöglichen uns einen Blick auf das, was vor einem Ausbruch geschah. Aber wenn wir diese Flüssigkeiten verstehen können, können wir versuchen zu verstehen, welche Art von Prozessen die vulkanische Aktivität verlängern – und beenden. Wenn Sie es mit einem Ausbruch in einem Gebiet zu tun haben, das besiedelt ist oder über Infrastruktur verfügt, möchten Sie wissen, wann er enden wird. Die Menschen leiden wirklich, wenn der Ausbruch stattfindet. Sie müssen also nicht nur die Signaturen des Beginns des Ausbruchs erhalten, sondern möchten auch wissen, wann er enden wird.

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Ich interessiere mich auch für die Auswirkungen von Vulkanen auf die Gewinnung der Ressourcen, die wir für unsere erneuerbare Zukunft benötigen. Für den Übergang zu erneuerbaren Energien müssen wir viel mehr Metalle beschaffen – zum Beispiel Kupfer. Es ist sehr interessant, dass Vulkane in Gebieten, in denen sich tektonische Platten aufeinander zubewegen, die Hauptfabriken für Kupfer sind.

Was macht einen Vulkan fruchtbar für Kupfer? Mit unseren detaillierten Analysemethoden können wir die Reise des Magmas zur Oberfläche besser rekonstruieren und wie diese Reise mit der Fähigkeit des Vulkans, Kupfer anzusammeln, zusammenhing oder nicht.

Wie Graem Simm erzählt

Ursprünglich von Cosmos veröffentlicht als Kristalle und reiche Erze aus dem Inneren aktiver Vulkane könnten den Weg in eine bessere Zukunft weisen

Teresa Ubide ist außerordentliche Professorin für magmatische Petrologie/Vulkanologie an der University of Queensland und Gewinnerin der Anton Hales-Medaille 2023, die von der Australian Academy of Science für ihren Beitrag zur Geowissenschaft verliehen wird.