Meeressedimente enthüllen einen bisher unbekannten Vulkanausbruch vor 520.000 Jahren in der südlichen Ägäis

„Kern an Deck!“ » Zwei Monate lang rannte ich jedes Mal, wenn ich diesen Schrei hörte, auf das Deck der JOIDES Resolution, um zuzusehen, wie die Besatzung ein 10 Meter (30 Fuß) langes zylindrisches Rohr hochzog, das mit geschichteten, mehrfarbigen Steinen und gebohrten Sedimenten gefüllt war in den Meeresboden unter unserem Schiff.

Im Winter 2022 verbrachte ich zwei Monate damit, im Rahmen der IODP-Expedition 398 an Bord der JOIDES Resolution des International Ocean Discovery Program durch die südliche Ägäis zu segeln. Meine Geologenkollegen und ich nutzten dieses ehemalige Ölexplorationsschiff, um tief in den Meeresboden zu bohren und die vulkanische Geschichte der Region vor Santorini, Griechenland, aufzudecken.

Als Wissenschaftler, der die Chemie vulkanischer Gesteine ​​untersucht, nutze ich mein Fachwissen, um vulkanische Sedimente mit dem Ausbruch, der sie verursacht hat, in Zusammenhang zu bringen und die Bedingungen zu verstehen, denen Magma sowohl tief unter einem Vulkan als auch während eines Ausbruchs ausgesetzt war.

Die Bohrungen unserer Expedition am Meeresboden brachten einen bisher unbekannten massiven Vulkanausbruch zutage, der sich vor mehr als 500.000 Jahren ereignete. Diese Entdeckung erweitert unser Verständnis der vulkanischen Aktivität in der Vulkankette, die den Vulkanbogen der südlichen Ägäis bildet, und wird eine genauere Analyse der Risiken in dieser Region ermöglichen.

Aufbau einer vollständigeren Vulkangeschichte

Archäologen sind seit langem von der Eruption auf Santorini fasziniert, die sich in der späten Bronzezeit um 1600 v. Chr. ereignete. Dieser Ausbruch wird mit dem Niedergang der minoischen Zivilisation auf der Nachbarinsel Kreta in Verbindung gebracht. Auch Geologen sind an der Region sehr interessiert, da die vulkanische und seismische Aktivität in diesem Gebiet, in dem etwa 15.000 Einwohner leben und das jedes Jahr etwa 2 Millionen Touristen anzieht, unbeständig ist.

Obwohl es umfangreiche terrestrische Dokumentationen des Vulkans Santorin gibt, wissen Wissenschaftler, dass diese Aufzeichnungen unvollständig sind. An Land bedecken oder verdecken Erosion, Vegetation und andere Eruptionsereignisse häufig ältere Vulkanablagerungen, was zu einer fragmentierten Geschichte führt. Durch die JOIDES-Resolution des IODP ermöglichte Tiefseebohrungen ermöglichen Forschern den Zugang zu geologischen Aufzeichnungen, die an Land selten erhalten bleiben.

Nach einem Vulkanausbruch lagert sich pyroklastisches Material (bei der Eruption entstandene Gesteins- und Aschestücke) in der Wassersäule ab und sammelt sich am Meeresboden an. Dort regnet es ständig Ton und biologisches Material, etwa die Schalen winziger Meeresorganismen, und bedeckt die vulkanischen Gesteinsablagerungen. Dieser Prozess bewahrt die Aufzeichnung eines einzelnen Ausbruchs als einzelne Schicht. Die Schichten bauen sich im Laufe der Zeit auf, wobei jedes aufeinanderfolgende Vulkanereignis eine nahezu kontinuierliche chronologische Aufzeichnung der Vulkangeschichte der Region erstellt.

Die Mission der Expedition 398 bestand darin, auf diese Tiefseearchive zuzugreifen, um die umfangreiche Geschichte der Ausbrüche in jedem Gebiet mit konzentrierter vulkanischer Aktivität zu dokumentieren.

IODP-Expedition 398

Die IODP-Expedition 398 sammelte Bohrkerne, um die Vulkangeschichte und das Wiederholungsintervall der Vulkane Santorini, Christiana und Kolumbo in dieser Region besser zu verstehen. Das JOIDES Resolution-Team bohrte 12 Standorte bis zu einer maximalen Tiefe von 2.950 Fuß (900 Meter) unter dem Meeresboden. Wir haben über 11.000 Fuß (3.356 Meter) des gesamten Bohrkerns aus 780 Bohrkernen geborgen.

Techniker schnitten den Kern in 1,5 Meter lange Abschnitte, dann versammelten sich Wissenschaftler, um zu sehen, welches Material geborgen worden war. Nachdem die Kerne an die Oberfläche gebracht worden waren, schnitt das Team sie der Länge nach auf, fotografierte sie, analysierte sie, um ihre physikalischen Eigenschaften wie die magnetische Suszeptibilität zu bestimmen, und beschrieb das Material. Kerndeskriptoren messen und zeichnen die geologische Zusammensetzung jeder darin enthaltenen Gesteinseinheit auf.

Als Leiter des geochemischen Labors entnahm ich kleine Proben aus mehreren Schichten vulkanischen Gesteins und Asche, um sie aufzulösen und zu analysieren, um ihre Spurenelementzusammensetzung zu bestimmen. Während einer Eruption kristallisiert Magma und vermischt sich mit den Elementen im Wasser und Gestein, mit dem es in Kontakt kommt. Die daraus resultierenden chemischen Veränderungen im Magma sind einzigartig für die Bedingungen dieser bestimmten Eruption. Wenn ich also die chemische Zusammensetzung der Lagerstättenproben bestimme, kann ich ihren vulkanischen Ursprung bestimmen.

Unsere Entdeckung: der Archaeos-Tuffstein

Während der Expedition entdeckte unsere Forschergruppe an mehreren Stellen in verschiedenen Becken eine dicke Schicht weißen Bimssteins. Die Biostratigraphie an Bord des Schiffes ermöglichte es, jedes Vorkommen der Schicht auf das gleiche Alter zu datieren: zwischen 510.000 und 530.000 Jahren. Auch geochemische Korrelationen legen nahe, dass die Zusammensetzung von Bohrloch zu Bohrloch gleich war.

Die Entdeckung derselben Schicht in diesen Becken ermöglicht es unserem Forschungsteam, das Ausmaß des Ausbruchs zu modellieren, der ihn verursacht hat. Anhand der während der Expedition gesammelten seismischen Daten konnten wir ermitteln, dass das Gesamtvolumen der vulkanischen Sedimente etwa 90 Kubikkilometer beträgt und an manchen Stellen eine Dicke von bis zu 150 Metern aufweist. Darüber hinaus haben wir festgestellt, dass sich diese Schicht vulkanischen Gesteins über 3.000 Quadratkilometer dieser Region in der südlichen Ägäis erstreckt.

Unser Team nannte diese Lagerstätte „Archaeos-Tuff“, abgeleitet vom griechischen Wort „archea“, was „alt“ bedeutet. Der Name spiegelt den griechischen Ursprung des Gesteins sowie die Tatsache wider, dass es viel älter war als die meisten vulkanischen Aktivitäten, die wir auf der Erde erleben.

Die Eigenschaften des Archäos-Tuffsteins ermöglichen es uns, die Natur des Vulkanausbruchs zu verstehen, der ihn geformt hat. Seine Mächtigkeit und Verteilung über ein großes Gebiet legen nahe, dass der Archaeos-Tuff das Ergebnis einer einzelnen, hochintensiven Eruption ist. Die zahlreichen Bläschen oder winzigen Löcher im Gestein weisen darauf hin, dass mit dem flüssigen Magma eine große Menge Gas freigesetzt wurde. Diese kleinen Gasblasen vermitteln das Bild einer gewaltigen Eruption, bei der relativ schnell eine große Menge flüchtiges Gas freigesetzt wurde.

Trotz seiner offensichtlichen Größe und Heftigkeit wurde dieser Ausbruch nicht mit zuvor bekannten terrestrischen Ablagerungen oder großen Eruptionen in Verbindung gebracht. Der relative Mangel an terrestrischem Material lässt auf einen hauptsächlich unter Wasser liegenden Ausbruch schließen. Nachdem wir wussten, wonach wir suchten, konnte unser Team unsere kürzlich entdeckte Schicht vulkanischer Tiefseesedimente einigen kleinen, zuvor nicht korrelierten terrestrischen Ablagerungen auf den Inseln Santorini, Christiana und Anafi zuordnen. Das Vorhandensein dieser Ablagerungen deutet auf einen Bruch in der Meeresoberfläche während des Ausbruchs hin, was wiederum zu unserem Bild eines energiereichen Ausbruchs passt.

Weitere Untersuchungen der Zusammensetzung und des Alters des Archaeos-Tuffsteins bestätigten die einzigartige Natur der Gesteinsablagerung, die dieser Ausbruch hinterlassen hatte. Basierend auf den von uns gesammelten Daten geht unser Team davon aus, dass der Archaeos-Tuffstein das Ergebnis eines Ausbruchs ist, der sechsmal größer ist als der Ausbruch der minoischen Bronzezeit und der Gesteinsablagerungen hinterlassen hat, die 30-mal dicker sind. Das Vorhandensein einer so großen Vulkanablagerung zeigt uns, dass der Vulkanbogen der Südägäis eher in der Lage ist, große Unterwasservulkanausbrüche hervorzurufen, als Wissenschaftler bisher angenommen haben.

Die Identifizierung des Archaeos-Tuffs erweitert unser Wissen über vulkanische Prozesse in der südlichen Ägäis. Dies deutet darauf hin, dass die Neigung zu gefährlichem Unterwasservulkanismus größer ist als bisher angenommen – und dass die Behörden die vulkanischen Risiken für die umliegende Bevölkerung neu bewerten müssen.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.