Vulkanaschepartikel unter dem Mikroskop

Vulkanasche ist für unser Leben in vielerlei Hinsicht gefährlich. In der Luft können Flugzeuge beschädigt werden: Die Partikel reiben die Oberflächenbeschichtung von Flugzeugen ab und können sogar zum Ausfall wichtiger Instrumente führen. Sobald der Ascheregen einsetzt, kann dies unsere Gesundheit gefährden und der Infrastruktur, Landwirtschaft und Umwelt schaden. Um sich vor diesen Gefahren zu schützen, muss die Gesellschaft effektive Prognosemethoden entwickeln.

Zu diesem Zweck haben Wissenschaftlerteams die von den EU-finanzierten Projekten AVAST (Advanced Volcanic Ash characteriSaTion) und SLIM (Strain Localisation in Magma) unterstützt wurden Aschepartikel von verschiedenen Vulkanausbrüchen untersucht. Die Idee besteht darin dass wenn die Forscherteams die Größe Form und Zusammensetzung von Vulkanasche bestimmen können sie auch imstande sind die Gefahren verschiedener Ausbrüche genauer vorherzusagen ohne dafür Stichproben der Asche zu benötigen. Zur Erreichung dieses Ziels hat das Projektteam eine neuartige Analysemethode verwendet um zu verdeutlichen welche Gefahren unterschiedliche vulkanische Aktivitäten auslösen können. Ihre neue Technik basiert auf einer quantitativen Analyse von Mineralien die mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops durchgeführt wird wodurch sich die Oberflächenzusammensetzung von Aschepartikeln mit vulkanischen Aktivitäten verknüpfen lässt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht.

Die Ascheproben der Forscher stammen aus dem seit 1922 wachsenden guatemaltekischen Vulkankomplex Santiaguito. Der jüngste der vier Vulkane, Caliente, ist seit über 40 Jahren aktiv. Er stößt in regelmäßigen Explosionen Asche und Felsfragmente aus und fördert nahezu kontinuierlich Lavaströme. Die untersuchte Vulkanasche wurde aus zwei Quellen ausgewählt. Eine Quelle war eine vulkanische Explosion, bei der Gas- und Aschewolken in die Atmosphäre ausgestoßen wurden. Die andere war ein pyroklastischer Strom – ein schnell fließender Strom von heißem Gas und vulkanischer Materie, der an den Seiten eines Vulkans herunterläuft – verursacht durch einen Kollaps des Lavadoms im Santiaguito-Komplex.

Beeinflussung der Fragmentierung des Magmas durch vulkanische Aktivität

Vulkanaschepartikel haben einen Durchmesser von weniger als 2 mm und bestehen normalerweise aus in Magma gebildetem Kristall- und Vulkanglas in einigen Fällen jedoch auch aus Steinfragmenten. Im Rahmen der Studie führte das Projektteam ein System zur mineralogischen Partikelanalyse mit der Bezeichnung QEMSCAN (Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electron Microscopy) ein. Mit diesem neuen System untersuchte das Team sowohl die Ascheproben von Ausbrüchen des Santiaguito als auch die Mechanismen der Fragmentierung. „So wie Magmafragmente von der Art der vulkanischen Aktivität abhängen die bei ihrer Förderung involviert ist kann sich auch die Mineralogie auf den Oberflächen der Aschepartikel unterscheiden“ erklärte der Hauptautor Dr. Adrian Hornby in einer auf „Phys.org“ veröffentlichten Pressemitteilung.

Die Ascheproben vom Ausbruch des Vulkans ließen auf eine gleichmäßige Verteilung von Plagioklas – einer Form von Feldspat – und Glas schließen, angereichert mit weiteren Mineralien an den Oberflächen der Partikel. Die durch den Kollaps des Lavadoms entstehende Asche wies jedoch an den Oberflächen einen höheren Anteil an Glas als an Feldspat auf. „Unsere Ergebnisse tragen wesentlich zu einem besseren Verständnis der Entstehung und Zusammensetzung von Vulkanasche bei – welches notwendig ist, um die mit Ausbrüchen verbundenen Risiken einschätzen zu können“, sagte Dr. Hornby.

Die von den Projekten AVAST und SLIM unterstützte Forschung zeigt die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen zu den Mechanismen der Fragmentierung auf. SLIM endete im Juni 2018, während AVAST noch bis August 2019 andauert.

Weitere Informationen:
AVAST-Projektwebsite
SLIM-Projektwebsite auf CORDIS