Die Löslichkeit vulkanischer Gase

Ein Verständnis der Prozesse, die sich auf Vulkanaktivitäten auswirken, ist für die Modellierung und Vorhersage potenziell verheerender Vulkanausbrüche von Bedeutung. Zu berücksichtigen ist hierbei vor allem die Zusammensetzung vulkanischer Gase, die direkt aus der Lava ausströmen, die sich in Gesteinshohlräumen sammeln oder die sich innerhalb des Magmas auflösen.

Die Löslichkeit von Gasen innerhalb des Magmas (hauptsächlich Wasserdampf und Kohlendioxid in geschmolzenem Silikat) hängt vom Druck, von der Temperatur und von der Magmazusammensetzung ab. Für die Entwicklung von Modellen zu vulkanischen Prozessen wurde im Rahmen des EU-geförderten Projekts „Solubility of volatiles in magmas“ (SOLVOM) versucht, zu verstehen, wie sich Parameter, die die Zusammensetzung bedingen, auf die Löslichkeit von Gasmischungen auswirken.

Gase lösen sich im Magma unter Hochdruck auf. Während das Magma allerdings ansteigt und der Druck abnimmt, sinkt die Gaslöslichkeit und es bilden sich Blasen, bis das Gas schließlich entweicht. Diese „Entgasung“ wird durch die Magmaviskosität beeinflusst – eine hohe Viskosität führt oftmals zu explosiven Eruptionen, während eine geringe Viskosität hingegen ein sanftes Entweichen von Gas über Lavafontänen ermöglicht.

Im Rahmen des SOLVOM-Projekts wurden Modelle entwickelt und Laborexperimente konzipiert, um die Dynamiken magmatischer Systeme unter Hochdruck-  und Hochtemperaturbedingungen tief im Erdinneren zu verstehen. Da Gase eine zentrale Rolle für das Aufsteigen und Ausbrechen von Magma haben, beleuchteten die Forscher außerdem die Aufteilung und Löslichkeit von Wasserdampf/Kohlendioxid in der Silikatschmelze.

Es wurde ein gleichungsbasiertes Modell entwickelt, um die maximale Löslichkeit von Kohlendioxid bei verschiedenen Silikatschmelzzusammensetzungen unter spezifischen Temperatur- und Druckbedingungen vorherzusagen. Es wurden zudem mehr als 100 Experimente durchgeführt, um die Chlorlöslichkeit im Magma vorherzusagen. Es wurde zudem festgestellt, dass Schwefel die Magmaviskosität erhöht, was wiederum zu explosiven Eruptionen führt.

Schließlich wurde im Zuge des SOLVOM-Projekts ein mathematisches Modell zur Vorhersage der vulkanischen „Verjüngung“ verwendet, das Aufschluss darüber gibt, wann ruhende Vulkane in einem Zeitraum zwischen 20 Tagen und mehreren hundert Jahren wieder aktiv werden. Diese neuen Informationen können Wissenschaftler dabei unterstützen, Faktoren zu vulkanischen Eruptionen besser vorherzusagen.