Shaw, Cliff S. J.

Woodland, Alan Butler

German

Woodland, Alan B.

Hochschulschriftenserver - Universität Frankfurt am Main

Forschung Frankfurt 3/2008 79Forschung aktuelltierenden Vulkanen können wir viel über das wahr-scheinliche Verhalten von zukünftigen Ausbrüchen ler-nen. Manche Vulkanzentren weisen nur eine einzelne kurzlebige Eruptionsphase auf. Andere haben mehrere Eruptionsphasen und ein längeres Leben gehabt und bilden sogenannte »Vulkankomplexe«. Ein Ziel unse-rer Forschung in der Eifel ist es, die zeitliche Entwick-lung von Vulkankomplexen zu dokumentieren. Diese Untersuchungen liefern uns wichtige Informationen über die Dynamik des Magma-Liefersystems in der Tie-fe. Der Rockeskyller Kopf, ein paar Kilometer nördlich von Gerolstein, ist einer der größten Vulkankomple-xe in der West-Eifel und ist aufgrund der zahlreichen Steinbrüche für unsere Forschung gut geeignet. Der Vulkankomplex Rockeskyller Kopf hat sich über drei Ausbruchsphasen gebildet. Die ersten vul-kanischen Ablagerungen sind Pyroklastika. Das sind Auswürfe des Vulkans bei einer explosiven Erupti-on. Sie sind reich an Nebengesteinsfragmenten un-terschiedlicher Größe und weisen auf eine Serie von explosiven Eruptionen mit Maar-Charakter hin 2. In diesen Schichten findet man auch sogenannte »Oli-vinbomben«, die aus mehr als 30 Kilometern Tiefe aus Die Vulkane der Eifel sind weltweit bekannt und für Geowissenschaftler von großer Bedeutung. Seit der Gründung des »Vulkaneifel European Geopark« sind die Vulkane nun auch zu einer Attraktion für Ur-lauber geworden. Besucher aus Deutschland, Belgien und den Niederlanden bewundern in zunehmender Zahl die geologischen Schätze, die lange Zeit nur von der Baustofﬁ  ndustrie genutzt wurden. Die Geowissen-schaften und die Faszination, die von der gewaltigen Kraft der Erde ausgeht, sind nun ein populäres Thema. Von den neuen Geo-Touristen als auch von den An-wohnern der Region kommen viele Fragen: Insbeson-dere wollen sie wissen, ob das Vulkanfeld ausgestorben ist oder sich nur in einer Ruhephase beﬁ  ndet. Und falls weitere Ausbrüche möglich wären, folgen eine gan-ze Reihe weiterer Fragen: Wo wird es losgehen? Wie wird eine Eruption aussehen? Wird sie groß oder klein sein? Ist das Katastrophen-Szenario in dem Buch »Die Flucht der Ameisen«/1/ realistisch?Die Eifel lässt sich in zwei kleinere Gebiete aufteilen: die Ost-Eifel rund um den Laacher See und die West-Eifel, die sich von der belgischen Grenze circa 50 Ki-lometer bis fast ins Moselletal im Südosten ausstreckt. Geowissenschaftler haben etwa 100 vulkanische Zent-ren in der Ost-Eifel und 250 Zentren in der West-Eifel identiﬁ  ziert./2/ 1 Die letzte vulkanische Aktivität in der Ost-Eifel war vor 12 900 Jahren. Damals gab es eine riesige Eruption, die den Laacher See gebildet hat. In der West-Eifel ist das Ulmener Maar, östlich von Gerol-stein, mit zirka 11 000 Jahren sogar noch jünger. Diese rezente (aktive) Phase von Vulkanismus fing bereits vor etwa 700000 Jahren an, und seitdem gab es ohne Zweifel mehrere Ruhephasen von Tausenden von Jah-ren./2/ Aus geophysikalischen Untersuchungen wissen wir, dass die Temperatur in der Tiefe erhöht ist. Das könnte auch heute zu Magmabildung und weiterem Vulkanismus führen./3/ Des Weiteren sprudeln aus der Tiefe des Laacher Sees Gase, deren isotopische Zusam-mensetzung ihren Ursprung aus dem Erdmantel belegt. Sie kommen also aus dem Quellgebiet für Magmen./4/ Anhand dieser Beobachtungen ist zu vermuten, dass das Eifelvulkanfeld noch lebendig ist und sich heute nur in einer Ruhephase beﬁ  ndet. Wie lange die Ruhe noch herrscht, ist eine Frage, die niemand genau be-antworten kann!Besuch aus den Tiefen des ErdmantelsWie und wann ein Vulkan letztendlich ausbricht, hängt von vielen Faktoren ab. Neben den physikali-schen und chemischen Eigenschaften eines Magmas spielen äußere Faktoren wie das Vorhandensein von Wasser oder die Nähe zur Erdoberﬂ  äche eine entschei-dende Rolle. Es kann zum Beispiel ein Schlackenkegel oder ein Maar entstehen [siehe »Maare und Schla-ckenkegel«, Seite 81]. Das Liefersystem in der Tiefe ist ebenfalls von Bedeutung, weil es steuert, wie viel Mag-ma nach oben befördert wird und wie schnell dieser Prozess abläuft. Aus der Eruptionsgeschichte von exis-Wenn es unter den Maaren brodeltDas Eifelvulkanfeld ist noch lebendig von Alan B. Woodland und Cliff S. J. Shaw1 Die Maare in der Vulkaneifel sehen an der Oberﬂ  äche ruhig aus. Hier die Dauner Maare: Gemündener Maar im Vordergrund, Weinfelder Maar und Schalkenmehrener Maar. In der Tiefe ist die Temperatur erhöht, was zu Magmabildung und weiterem Vulkanismus führen könnte. Geophysikalische Beobachtungen lassen vermuten, dass das Eifelvulkanfeld noch lebendig ist und sich gegenwärtig nur in einer Ruhephase beﬁ  ndet. Doch bis zum nächsten Ausbruch könnten noch einige Tausend Jahre ins Land gehen. 09 UNI S60_85 2008_03.indd   79 09 UNI S60_85 2008_03.indd   79 27.11.2008   16:30:46 Uhr 27.11.2008   16:30:46 UhrForschung Frankfurt 3/2008dem Erdmantel kommen  3. Diese Fremdkörper oder Xenolithe hat das aufsteigende Magma von der Kanal-wand abgerissen und bis zur Oberﬂ  äche mitgeschleppt. Solche Vorkommen sind ein Beweis dafür, dass das Magma auch vom Erdmantel stammt und durch par-tielles Aufschmelzen von Mantelgesteinen entstanden ist. Solche Funde sind auch ein Hinweis dafür, dass das Magma direkt aus dem Mantel gekommen sein muss und sich nicht lang in einer Kammer in der Erdkrus-te aufgehalten haben kann. Denn Xenolithe lösen sich in weniger als ein paar Tagen im umgebenden Magma auf, da zwischen beiden kein chemisches Gleichge-wicht besteht. Diese chemische Wechselwirkung un-tersuchen wir im Millimetermaßstab im Labor, um die Kontaktzeit (und Abschätzung der Aufstiegsdauer des Magmas) eingrenzen zu können. Auf dem Weg nach oben fängt das Mag-ma zu kristallisieren an. In den Ablagerun-gen findet man Pyroxen-Kristalle (ein Kalzium-Eisen-Magnesium-Silikat) und dunklen Glimmer (Biotit). Prof. Jens Hopp, ein Kollege von der Universität Heidelberg, hat ein Kristallisationsalter von etwa 480 000 Jahren bestimmt. Zugrunde liegt die sorgfältige Analyse der Argon-Isotopenzusammensetzung 80Forschung aktuell3 »Olivinbomben« sind Gesteine, die vom auf-steigenden Magma von der Kanalwand abgerissen und aus mehr als 30 Kilometern Tiefe mitgeschleppt werden. Sie sind häuﬁ  g zu ﬁ  nden, wenn der Magmastrom sich mit großer Geschwindigkeit nach oben bewegt. In langsamen Magma-strömen lösen sich Gesteine des Erd-mantels auf. Ereignis 1-3Ereignis 1-2Ereignis 1-1Ereignis 1-1Ereignis 1-34 Dort, wo früher Tuff und anders Bau-material abgebaut wurden, erforschen Mineralogen jetzt die Entstehungsge-schichte der Vulkaneifel. Eingezeichnet sind die Orte, an denen nacheinander Vulkanausbrüche stattfanden.in einer Glimmerprobe. Gröbere Kristallfragmente der gleichen Mineralien treten auch in bestimmten Abla-gerungsschichten auf. Bei einem ein Zentimeter großen Kristall dunklen Glimmers ergab sich ein Alter von circa 640 000 Jahren. Er ist damit deutlich älter als die feine-ren Glimmerkristalle aus der Lava. Offenbar gab es ein früheres Stadium von Magmabewegung unter dem Ro-ckeskyller Kopf, das in der Tiefe durch Kristallisation ste-cken geblieben ist. Erst etwa 160 000 Jahre später kam es zum vulkanischen Ausbruch auf die Erdoberﬂ  äche. Ausbrüche unterschiedlicher StärkeDie Dauer dieser ersten Ausbruchsphase lässt sich nicht genau bestimmen. Jedoch lassen sich mehrere Zeiträume nachweisen, in denen die vulkanische Ak-tivität zur Ruhe kam. In dieser Zeit wurden die Abla-gerungen teilweise abgetragen (erodiert). 4 Nach einer längeren Ruhephase entstand ein neues Ausbruchs-zentrum circa einen Kilometer südwestlich. Dies sig-nalisiert den Beginn einer zweiten Eruptionsphase. Die Ablagerungen dieser Phase bestehen vor allem aus Schlacke, die viel weniger Nebengesteinsfragmente ent-hält, was für einen anderen Charakter des Ausbruchs spricht. Im Gelände ﬁ  nden sich Hinweise auf weniger explosive Spalteruptionen und kleinere Lavabrunnen. Nach dieser Phase kam eine längere Unterbrechung, während der auf den vulkanischen Ablagerungen ein Wald gewachsen ist. Die Nadelbäume in diesem Wald haben einen Durchmesser von 25 bis 30 Zentimetern erreicht. 5 Die dritte und letzte Ausbruchphase er-eignete sich auf der Südseite des von Phase zwei ent-standenen Vulkans und vernichtete den Wald in der unmittelbaren Nähe. Diese neue Eruption führte zur Bildung eines Schlackenkegels. 6 Diese Phase endete damit, dass der Krater sich mit Schlacke und einem Lavastrom füllte, der zuvor im Krater gestaut und auf eine Mächtigkeit von 15 Metern angewachsen war. Obwohl keine »Olivinbomben« in den Ablagerun-gen der zweiten und dritten Ausbruchsphasen ge-funden wurden, kann man anhand der chemischen Zusammensetzung der Laven schließen, dass diese Magmen auch aus dem Erdmantel stammen und mehr oder weniger schnell zur Oberﬂ  äche befördert wurden. Das Fehlen von Xenolithen ist möglicherweise darauf zurückzuführen, dass die Wände der Förderkanäle in der Tiefe bereits mit kristallisiertem Magma abgedeckt waren oder dass das Magma langsam genug aufstiegt, um die Bruchstücke vollständig auﬂ  ösen zu können.2 Zeugen der ersten vulkani-schen Aktivität im Vulkankomplex Ro  cke  skyller Kopf sind diese Schich-ten von Pyroklasti-ka oder Tephra, die vor etwa 480 000 Jahren aus dem Erdinneren an die Oberﬂ  äche ge-schleudert wurden. 09 UNI S60_85 2008_03.indd   80 09 UNI S60_85 2008_03.indd   80 27.11.2008   16:30:46 Uhr 27.11.2008   16:30:46 UhrForschung Frankfurt 3/2008 81Forschung aktuellDie AutorenProf. Dr. B. Alan Woodland, 49, studierte Geowissenschaften an der University of Illinois und der University of Oregon in den USA. 1989 promovierte er in den Geowissenschaften an der Northwestern University, Evanston, Illinois. Nach zwei kürzeren Forschungsaufenthalten in Clermont-Ferrand, Frankreich, kam er als Alexander-von-Humboldt-Stipendiat nach Deutschland an das Bayerische Geoinstitut in Bay-reuth. Er war wissenschaftlicher Angestellter am Mineralogi-schen Institut der Universität Heidelberg, wo er sich 1997 habilitierte. Nach einem Jahr als Assistant Professor für Mineralogie an der University of Alberta, Kanada, erhielte er einen Ruf nach Frankfurt. Seit Herbst 2001 ist er Professor für physikalisch-chemische Mineralogie am Institut für Geo-wissenschaften. Seine Forschungsschwerpunkte sind: kristallchemische Eigenschaften von eisenhaltigen Mineralien bei sehr hohen Drücken und Temperaturen, chemische und physikalische Vorgänge in der tiefen Erde und die Entstehung von Mag-men, die Untersuchung magmatischer Systeme und Vulka-nologie.Prof. Dr. Cliff S. J. Shaw, 41, studierte Geowissenschaften an der University of London. Nach seiner Promotion in den Geowissenschaften an der University of Western Ontario, Kanada, 1994, war er fünf Jahre lang in Deutschland als Postdoktorand am Bayerischen Geoinstitut, Bayreuth, und an der Universität Göttingen. 2002 kehrte er zurück nach Kanada. Er folgte einem Ruf auf eine Professur für Petrologie am Department of Geology, University of New Brunswick. Zurzeit ist er DFG-Mercator-Gastprofessor am Institut für Geowissenschaften der Goethe-Universität. Sei-ne Forschungsschwerpunkte sind: Wechselwirkungen zwi-schen Mineralen und Magmen sowohl in der Natur als auch im Experiment, die Dynamik von magmatischen Systemen sowie die Petrologie des Erdmantels.woodland@em.uni-frankfurt.dehttp://www.geopark-vulkaneifel.de/ngpve/index.php Literatur/1/ Schreiber, U. C. (2006) Die Flucht der Ameisen Shayol, Berlin. Seite 360f./2/ Schmincke, H.-U. (2004) Volcanism Sprin-ger-Verlag, Heidel-berg. Seite 324f./3/ Ritter, J. R. R. (2007) The seismic signature of the Eifel plume In: Ritter, J. R. R. und Christensen, U. R. (Eds.) Mantle Plu-mes – A Multidisci-plinary Approach Springer-Verlag, Berlin, Seite 501f./4/ Aeschbach-Hertig, A., Kipfer, R., Hofer, M., Imboden, D. M., Wieler, R., Si-gner, P. (1996) Quantiﬁ  cati  on of gas ﬂ  uxes from the sub-continental mantle: The example of Laacher See, a maar lake in Germany Geochimica Cos-mochimica Acta, 60, Seite 31 – 41.6 Schlackenkegel, wie hier am Rockeskyller Kopf, entstehen durch das wiederholte Auswerfen von Magmafetzen mit teil-weise bizarren Formen, die sich schichtweise ablagern und eine kegelförmige Struktur bilden. Im Vergleich zu einem Maar sind solche Ausbrüche weniger explosiv.Die vulkanischen Ablagerungen vom Rockeskyller Kopf belegen eine lang währende Ausbruchgeschichte, die sich über mehrere Jahrhunderte, wenn nicht Jahr-tausende, hinzog. Die Anfangsphase war explosiv und meist zerstörerisch. Dies ist auf die Wechselwirkung mit dem Grundwasser in der Nähe der Erdoberﬂ  äche zurückzuführen. Die späteren Ausbruchsphasen waren im Allgemeinen ruhiger und wahrscheinlich nur von lokaler Bedeutung. Wenn die Aktivität in der Vulkan-eifel weiter anhält, wird dies einen starken Einfluss auf die Region haben, auch auf den Geo-Tourismus! Berücksichtigt man die Altersverteilung der Vulkane, wird der nächste Ausbruch wahrscheinlich irgendwo in der Südost-Hälfte des Vulkanfelds stattﬁ  nden. Aber es kann noch mehrere Tausend Jahre dauern, bis wir so weit sind.  ◆Maare und SchlackenkegelDie Wechselwirkung zwischen steigendem Magma und dem Grundwasser kann zu gro-ßen Dampfexplosionen führen. Dabei zersplittert das Nebengestein, und Brocken unterschiedlicher Größe werden in die Luft geschleudert. Es bildet sich ein Maar; eine trichterförmige Struktur mit einer umgebenden Wand aus Auswurfprodukten, die als Pyroklastika oder Tephra bezeichnet wer-den. Die Lavamenge in solchen Ablagerungen ist sehr variabel. Häuﬁ  g entsteht ein runder See in der Mitte, der recht tief sein kann. 1 Ein Schlackenkegel entsteht durch das Aus-werfen von Magmafetzen, die in der Luft schnell abgekühlt werden. Die abgelagerten Lavapartikel unterschiedlicher Korngrößen bilden schichtweise eine kegelförmige Struktur. 6 Im Vergleich zu ei-nem Maar sind solche Ausbrüche weniger explo-siv, und die daraus resultierenden Ablagerungen enthalten in der Regel nur geringe Mengen an Nebengesteinsfragmenten. 5 Nach der zweiten Ausbruchsphase kamen die Vulkane für längere Zeit zur Ruhe. Das lässt sich aus diesen Funden von Ashﬂ  owtuff mit Abdrücken von Baumästen schließen. Offen-bar wuchs auf den vulkanischen Ablagerungen ein Nadelwald, dessen Stämme einen Durchmesser von 25 bis 30 Zentime-tern erreichten.09 UNI S60_85 2008_03.indd   81 09 UNI S60_85 2008_03.indd   81 27.11.2008   16:30:48 Uhr 27.11.2008   16:30:48 Uhr

Wenn es unter den Maaren brodelt : das Eifelvulkanfeld ist noch lebendig

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