Vulkane können auch in der Tiefsee so explosiv wie an Land ausbrechen und dabei Aschefontänen und Lavabrocken kilometerweit ausschleudern. Zu diesem Schluss kommt eine internationale Forschergruppe nach Untersuchungen submariner Feuerberge im Arktischen Ozean mit unbemannten Forschungs-U-Booten. Bisher hatten die Geologen angenommen, der enorme Wasserdruck in mehreren tausend Metern Tiefe unter dem Meeresspiegel verhindere explosive Eruptionen und lasse Lava stattdessen sanft und stetig auf den Meeresboden laufen.

Das rege Interesse an den submarinen Vulkanen auf dem nur wenige hundert Kilometer vom Nordpol entfernten Gakkel-Rücken wurde durch eine Entdeckung ausgelöst, die Mitarbeiter des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) in Bremerhaven im Jahre 1999 im nördlichen Polarmeer machten. Mit empfindlichen Seismometern registrierten sie damals einen ungewöhnlichen Erdbebenschwarm, dessen Eigenschaften typisch für Magmabewegungen waren. Zusätzlich fand man auf Sonaraufnahmen aus diesem Seegebiet Spuren frischer submariner Lavaströme.

Im Eisbrecher zum arktischen Becken

Um zu klären, ob es im hohen Norden tatsächlich aktiven submarinen Vulkanismus gibt, machte sich eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Robert Sohn vom Meeresforschungsinstitut Woods Hole in Massachusetts im vergangenen Juli mit dem schwedischen Forschungseisbrecher „Oden” zum Gakkel-Rücken im arktischen Becken auf.

Das arktische Becken besteht aus zwei Teilen, dem eurasischen und dem amerasischen Becken. Diese beiden Tiefseegebiete trennt der Lomonossow-Rücken voneinander, ein untermeerischer Gebirgszug, der sich von Grönland aus unter dem Eis am Nordpol bis zu den Neusibirischen Inseln erstreckt. Nördlich von Spitzbergen macht der mittelatlantische Rücken einen Knick und findet entlang des Gakkel-Rückens seine Fortsetzung.

Im Nordpolarmeer treiben die Erdplatten weniger als einen Zentimeter pro Jahr, also erheblich langsamer auseinander als im Atlantik. Die Meeresgeologen haben deshalb vermutet, die Plattendrift am Gakkel-Rücken sei außerordentlich träge und spiele sich nicht kontinuierlich, sondern - wenn überhaupt - nur episodisch ab. Bis vor wenigen Jahren war es den Meeresgeologen aber nicht gelungen, aktive Spreizungen direkt zu beobachten oder indirekt anhand geophysikalischer Messergebnisse nachzuweisen.

Erdbebenschwarm als Zeichen eines Vulkanausbruchs

Bei ihrer Expedition vermaß die Forschergruppe, zu der auch Mitarbeiter des Alfred-Wegener-Instituts gehörten, das Seegebiet zunächst mit Sonargeräten. Auf den dabei entstehenden Karten des Meeresbodens zeigten sich Vulkankegel, wie sie sonst nur an Land zu finden sind. Sie hatten steile Hänge, kreisrunde Kraterränder und zum Teil einige Dutzend Meter tiefe Krater.

Völlig überrascht war die Gruppe aber, als sie jene Videoaufnahmen auswertete, die das Tauchboot vom Meeresboden in mehr als 4000 Meter Wassertiefe übertrug. Dabei stellte sich heraus, dass der Erdbebenschwarm das Zeichen eines bisher nicht für möglich gehaltenen spektakulären Vulkanausbruchs gewesen sein muss. Die Bilder zeigten nämlich Aschefelder und frische glasartige Lavabrocken, die den Meeresboden auf einer Fläche von mehreren Quadratkilometern bedeckten.

Explosives Magma

Wie die Forschergruppe jetzt in der Zeitschrift „Nature” (Bd. 453, S. 1236) schreibt, ist das nur möglich, wenn der submarine Vulkan explosiv ausgebrochen ist. An Land finden solche Ausbrüche immer dann statt, wenn viel Gas im Magma gelöst ist, das sich bei Druckentlastung explosiv ausdehnt und das Magma dabei zerfetzt. Bisher wurde angenommen, der enorme hydrostatische Druck in der Tiefsee - in 4000 Meter Wassertiefe entspricht er etwa dem Vierhundertfachen des Luftdrucks auf der Erdoberfläche - verhindere solche Gasexplosionen.

Die Forscher um Sohn bieten nun eine Erklärung an, wie es trotz des hohen Wasserdrucks zu explosivem Vulkanismus in der Tiefsee kommen kann. Wenn nämlich im flüssigen Magma so viel Kohlendioxid gelöst ist, dass es mehr als 13 Prozent des Gewichtes der Schmelze ausmacht, kann der innere Druck das Magma selbst in der Tiefsee explodieren lassen. Modellrechnungen haben ergeben, dass die Vulkanasche dabei wie an Land mit Überschallgeschwindigkeit aus dem Vulkankrater austreten und bis zu 2000 Meter hoch über den Meeresboden geschleudert werden kann.

F.A.Z.
Horst Rademacher