Kurze Antwort
Ein Supervulkan ist nicht einfach ein besonders großer oder hoher Vulkan. Der Begriff bezeichnet üblicherweise ein vulkanisches System, das in seiner Vergangenheit mindestens eine extrem große explosive Eruption hervorgebracht hat. Als Orientierung dient dabei der Volcanic Explosivity Index (VEI): Eine Supereruption wird gewöhnlich mit der Größenordnung VEI 8 verbunden. Bei einem solchen Ereignis entstehen mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometer vulkanische Ablagerungen.
Supervulkane sehen deshalb häufig ganz anders aus, als man zunächst erwartet. Statt eines gigantischen Vulkankegels besitzen viele bekannte Systeme eine kilometerweite Caldera – eine große Einbruchssenke, die entsteht, wenn im Zusammenhang mit einer sehr großen Eruption Bereiche über einem Magmasystem absinken.
Eine Supereruption könnte in der Umgebung des Vulkans verheerende Folgen haben, enorme Mengen Asche über große Entfernungen verteilen und durch schwefelhaltige Gase sogar das Klima vorübergehend beeinflussen. Sie bedeutet aber weder automatisch das Ende der Menschheit noch ist beispielsweise der Yellowstone-Vulkan „überfällig“.
Was genau ist ein Supervulkan?
Beim Wort „Supervulkan“ entsteht schnell ein spektakuläres Bild: ein riesiger Feuerberg, vielleicht zehnmal größer als ein normaler Vulkan, unter dessen Gipfel sich eine gewaltige Kammer mit flüssigem Magma füllt, bis sie irgendwann explodiert.
Mit der geologischen Wirklichkeit hat dieses Bild wenig zu tun.
Entscheidend ist bei einem Supervulkan nicht, wie hoch sein Vulkanberg ist oder wie beeindruckend er von außen aussieht. Gemeint ist vielmehr ein vulkanisches Zentrum, das mindestens eine Eruption der Größenordnung VEI 8 hervorgebracht hat.
Das U.S. Geological Survey (USGS) weist selbst darauf hin, dass der Begriff „Supervulkan“ etwas irreführend sein kann. Denn ein Vulkansystem, das einmal eine Supereruption produziert hat, stößt bei späteren Ausbrüchen keineswegs zwangsläufig wieder mehr als 1.000 Kubikkilometer Material aus.
Yellowstone ist dafür ein gutes Beispiel. Dort fanden in der Vergangenheit außergewöhnlich große calderabildende Eruptionen statt. Daneben gab es jedoch zahlreiche wesentlich kleinere vulkanische Ereignisse.
Ein Supervulkan ist also keine besondere Vulkanmaschine, die ausschließlich Supereruptionen produziert.
Was bedeutet VEI 8?
Um explosive Vulkanausbrüche miteinander vergleichen zu können, verwenden Vulkanologen unter anderem den Volcanic Explosivity Index, kurz VEI.
Die Skala wurde entwickelt, um die Größenordnung explosiver Eruptionen anhand verschiedener Merkmale einzuordnen. Besonders wichtig ist die Menge explosiv ausgeworfenen Materials. Auch die Höhe einer Eruptionswolke und Beobachtungen zum Ablauf einer Eruption können bei der Einstufung eine Rolle spielen.
Bei den größeren VEI-Stufen entspricht der Sprung um eine Stufe ungefähr einer Verzehnfachung der ausgeworfenen Materialmenge. Ein VEI-6-Ereignis ist deshalb nicht nur etwas größer als ein VEI-5-Ereignis.
Eine typische Größenordnung sieht beispielsweise so aus:
- VEI 4: ungefähr 0,1 Kubikkilometer explosiv ausgeworfenes Material
- VEI 5: ungefähr 1 Kubikkilometer
- VEI 6: ungefähr 10 Kubikkilometer
- VEI 7: ungefähr 100 Kubikkilometer
- VEI 8: mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometer Ablagerungen
Der VEI ist allerdings keine perfekt exakte physikalische Messgröße. Bei modernen Eruptionen können neben Ablagerungen beispielsweise auch Dauer und beobachteter Eruptionsstil berücksichtigt werden. Bei prähistorischen Ereignissen müssen Wissenschaftler dagegen vor allem aus den erhaltenen geologischen Ablagerungen rekonstruieren, wie groß ein Ausbruch gewesen sein dürfte.
Außerdem ist die VEI-Skala formal nicht einfach eine bei 8 endende Skala. In populären Darstellungen wird sie zwar meist von 0 bis 8 gezeigt, wissenschaftlich ist sie grundsätzlich nach oben offen. VEI 8 ist jedoch die Größenordnung, die üblicherweise mit einer Supereruption verbunden wird.
Wie viel sind 1.000 Kubikkilometer?
1.000 Kubikkilometer klingt gewaltig. Wirklich vorstellbar ist die Zahl trotzdem kaum.
Ein einfacher geometrischer Vergleich hilft:
Ein Würfel, der zehn Kilometer lang, zehn Kilometer breit und zehn Kilometer hoch ist, besitzt ein Volumen von genau 1.000 Kubikkilometern.
Man müsste sich also einen Würfel vorstellen, der zehn Kilometer in jede Raumrichtung misst – vollständig gefüllt mit vulkanischem Material.
Und diese Größenordnung markiert erst den Bereich, ab dem von einer VEI-8-Supereruption gesprochen wird.
Bei solchen Vergleichen gibt es allerdings eine wichtige Feinheit: Vulkanologen können Eruptionsvolumina unterschiedlich angeben. Locker abgelagerte Asche und Bims enthalten beispielsweise zahlreiche Zwischenräume. Andere Angaben werden auf das Volumen des ursprünglichen dichten Magmas zurückgerechnet, das sogenannte Dense Rock Equivalent.
Deshalb können zwei seriöse wissenschaftliche Quellen für dieselbe sehr alte Eruption etwas unterschiedliche Volumenwerte nennen. Entscheidend ist, darauf zu achten, welche Art von Volumen miteinander verglichen wird.
Sieht ein Supervulkan wie ein gigantischer Vulkanberg aus?
Oft gerade nicht.
Das gehört zu den überraschendsten Eigenschaften großer Vulkansysteme. Wer mitten in Yellowstone steht, befindet sich in einem der berühmtesten vulkanischen Gebiete der Erde. Trotzdem erhebt sich dort kein einzelner riesiger Vulkankegel über die Landschaft.
Auch der Taupō-Vulkan in Neuseeland versteckt sich gewissermaßen in der Landschaft. Ein erheblicher Teil seiner Caldera wird heute vom Lake Taupō ausgefüllt. Ähnlich sieht es beim Toba-System auf Sumatra aus, dessen große Caldera teilweise unter dem Tobasee liegt.
Statt eines gigantischen Berges muss man sich viele Supervulkane deshalb eher als weiträumige vulkanische Landschaften vorstellen.
Was ist eine Caldera?
Eine Caldera ist eine große vulkanische Einbruchssenke.
Bei einer gewaltigen Eruption können große Mengen Magma aus einem unterirdischen Speichersystem aufsteigen und eruptiert oder innerhalb des Systems verlagert werden. Dadurch verändern sich die Druck- und Stabilitätsverhältnisse im Untergrund.
Der darüberliegende Gesteinsbereich kann daraufhin absinken beziehungsweise kollabieren. An der Erdoberfläche entsteht eine große Senke.
Bei sehr großen vulkanischen Ereignissen kann eine solche Caldera Dutzende Kilometer breit sein.
Das unterscheidet sie von einem normalen Vulkankrater. Ein Krater ist gewöhnlich wesentlich kleiner und befindet sich häufig unmittelbar um einen Förderschlot. Eine Caldera ist dagegen eine großräumige Kollapsstruktur.
Ist jede große Caldera automatisch ein Supervulkan?
Nein.
Calderas entstehen in unterschiedlichen Größen und bei vulkanischen Ereignissen ganz unterschiedlicher Stärke. Eine große Einbruchssenke allein beweist deshalb noch keine VEI-8-Supereruption.
Umgekehrt bilden sehr große explosive Eruptionen häufig Calderas, weil dabei enorme Mengen Magma aus dem Untergrund entfernt oder verlagert werden.
Die einfache Gleichung
Caldera = Supervulkan
ist deshalb falsch.
Entscheidend ist die Größenordnung der nachgewiesenen Eruption beziehungsweise ihrer Ablagerungen.
Wie sieht es unter einem Supervulkan aus?
Ein weiteres verbreitetes Missverständnis betrifft den Untergrund.
In Filmen und vereinfachten Illustrationen sieht eine Magmakammer oft wie eine gewaltige Höhle aus, die vollständig mit glühend flüssigem Gestein gefüllt ist. Von unten strömt immer neues Magma hinein, der Druck steigt und irgendwann platzt die Kammer.
Reale magmatische Systeme können wesentlich komplizierter sein.
Statt eines riesigen unterirdischen Lavasees können dort Bereiche aus heißem Gestein, Kristallen, Schmelze und Fluiden nebeneinander existieren. Vulkanologen beschreiben solche teilweise geschmolzenen Systeme häufig als kristallreichen Magmenbrei.
Yellowstone zeigt das besonders anschaulich.
Seismologische Untersuchungen weisen dort auf zwei große magmatische Speicherbereiche hin. Ein oberes rhyolithisches Reservoir befindet sich ungefähr zwischen fünf und 17 Kilometern Tiefe. Es ist jedoch überwiegend fest beziehungsweise kristallreich; der geschätzte Anteil tatsächlich geschmolzenen Materials liegt nur ungefähr bei 5 bis 15 Prozent.
Noch tiefer befindet sich ein größeres basaltisches Reservoir, das ungefähr zwischen 20 und 50 Kilometern Tiefe liegt. Auch dort ist nur ein kleiner Teil des Materials tatsächlich geschmolzen.
Das bedeutet nicht, dass Yellowstone erloschen wäre. Im Untergrund existiert weiterhin ein heißes und dynamisches magmatisches System.
Es bedeutet aber sehr wohl, dass die Vorstellung eines gigantischen Tanks voller flüssiger Lava falsch ist.
Wie kann eine Supereruption entstehen?
Magmatische Systeme können sich über sehr lange Zeiträume verändern.
Neues Magma kann aus tieferen Bereichen aufsteigen. Bereits vorhandenes Magma kann abkühlen, kristallisieren oder durch neuen Magmanachschub wieder erhitzt werden. Verschiedene Magmen können miteinander reagieren. Gleichzeitig spielen gelöste Gase eine wichtige Rolle.
Solange Magma unter hohem Druck tief in der Erdkruste liegt, können erhebliche Mengen Gas darin gelöst sein. Steigt das Magma auf, sinkt der Umgebungsdruck.
Gase können dadurch Blasen bilden und sich ausdehnen.
Unter geeigneten Bedingungen verstärkt sich der Prozess immer weiter: Magma steigt auf, der Druck sinkt, mehr Gas tritt aus der Schmelze aus, die Gasblasen wachsen und das Magma wird schließlich in unzählige Fragmente zerrissen.
So entstehen unter anderem Vulkanasche und Bims.
Bei besonders großen explosiven Ereignissen können riesige Eruptionswolken und pyroklastische Dichteströme entstehen. Wird gleichzeitig sehr viel Magma aus dem Untergrund entfernt, kann der darüberliegende Bereich absinken und eine Caldera bilden.
Eine Supereruption muss nicht ein einziger gigantischer Knall sein
Der Begriff „Supereruption“ lässt leicht an einen einzigen gewaltigen Moment denken: Eine riesige Magmakammer explodiert, innerhalb weniger Stunden wird alles ausgeworfen und anschließend bricht die Landschaft zusammen.
Geologische Ablagerungen zeigen jedoch, dass sehr große Eruptionen erheblich komplexer ablaufen können.
Unterschiedliche Magmakörper können beteiligt sein. Material kann aus mehreren Schloten austreten. Außerdem kann sich ein sehr großes Eruptionsereignis in verschiedene Phasen gliedern.
Bei längst vergangenen Eruptionen ist es deshalb nicht immer einfach zu bestimmen, ob alle Ablagerungen tatsächlich während eines einzigen kontinuierlichen Ausbruchs entstanden oder ob eng zusammengehörende eruptive Phasen zusammen ein enormes Gesamtvolumen produzierten.
Der VEI ist ein sinnvolles Werkzeug, um Eruptionsgrößen zu vergleichen. Er bildet aber nicht jedes Detail des tatsächlichen Ablaufs ab.
Was würde bei einer Supereruption passieren?
Eine allgemeingültige Antwort gibt es darauf nicht.
Die Folgen hängen unter anderem davon ab, wo sich der Vulkan befindet, welche Zusammensetzung das Magma besitzt, wie lange die Eruption dauert, wie viel Schwefel freigesetzt wird und welche atmosphärischen Bedingungen während des Ereignisses herrschen.
Mehrere Gefahren wären bei einer sehr großen explosiven Eruption jedoch besonders wichtig.
1. Pyroklastische Dichteströme
Zu den gefährlichsten unmittelbaren Folgen explosiver Vulkanausbrüche gehören pyroklastische Dichteströme.
Dabei bewegen sich heiße Gemische aus Gas, Asche, Bims und anderen Gesteinsfragmenten über die Erdoberfläche. Sie können sich schnell über die Landschaft ausbreiten und im näheren Umfeld eines Vulkans verheerend wirken.
Auch die großen Yellowstone-Eruptionen erzeugten solche Ströme.
Die heißen Ablagerungen aus Asche, Bims und Gesteinsfragmenten konnten aufgrund ihrer Temperatur und des Gewichts darüberliegender Schichten teilweise miteinander verschweißen. Aus solchen Ablagerungen entstand das als Tuff bezeichnete Gestein.
Die berühmten Huckleberry-Ridge-, Mesa-Falls- und Lava-Creek-Tuffe sind Spuren dieser außergewöhnlich großen Yellowstone-Eruptionen.
2. Vulkanasche über enorme Entfernungen
Ein weiteres großes Problem wäre Vulkanasche.
Vulkanasche hat mit der weichen Asche eines Kamins wenig gemeinsam. Sie besteht aus sehr kleinen Fragmenten von Gestein, Mineralen und vulkanischem Glas.
Bei einer explosiven Eruption kann dieses Material hoch in die Atmosphäre geschleudert und anschließend über große Entfernungen transportiert werden.
Von Yellowstones vergangenen großen calderabildenden Eruptionen wurden Ascheablagerungen über weite Teile des westlichen Nordamerikas nachgewiesen.
Wie viel Asche bei einer zukünftigen Eruption an einem bestimmten Ort niedergehen würde, ließe sich trotzdem nicht allein aus den vergangenen Ablagerungen ableiten. Wind, Eruptionsverlauf, Korngröße und Höhe der Eruptionswolke spielen eine wesentliche Rolle.
3. Schäden an Gebäuden und Infrastruktur
Auch relativ weit vom Vulkan entfernt kann Vulkanasche erhebliche Probleme verursachen.
Dicke Ascheschichten erhöhen die Belastung von Dächern. Feine Partikel können Maschinen, Filter und elektronische Systeme beeinträchtigen. Straßen können rutschig werden, Sichtverhältnisse können sich verschlechtern und die Strom- oder Wasserversorgung kann gestört werden.
Für die Landwirtschaft können große Aschemengen ebenfalls problematisch sein, beispielsweise wenn Pflanzen bedeckt, Tiere belastet oder Wasserquellen verunreinigt werden.
4. Gefahr für Flugzeuge
Besonders gefährlich ist Vulkanasche für den Flugverkehr.
Die feinen Partikel sind abrasiv und können unter anderem Cockpitscheiben und Bauteile beschädigen.
In Strahltriebwerken kommt ein weiteres Problem hinzu: Die glasreichen Bestandteile vulkanischer Asche können bei den hohen Temperaturen im Triebwerk teilweise schmelzen. In kühleren Bereichen können sie wieder erstarren und sich ablagern.
Dadurch kann die Leistung eines Triebwerks erheblich beeinträchtigt werden und im Extremfall kann es zu einem Verlust von Schub kommen.
Deshalb werden Aschewolken aktiver Vulkane weltweit überwacht und bei Bedarf Flugrouten geändert oder Lufträume gesperrt.
5. Auswirkungen auf das Klima
Bei besonders großen explosiven Eruptionen sind auch Auswirkungen auf das globale Klima möglich.
Dabei ist eine wichtige Unterscheidung nötig: Nicht die Asche allein ist für eine länger anhaltende globale Abkühlung entscheidend.
Besonders wichtig sind schwefelhaltige Gase wie Schwefeldioxid.
Gelangen große Mengen Schwefeldioxid bis in die Stratosphäre, können dort Sulfataerosole entstehen. Diese winzigen Teilchen reflektieren einen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung. Dadurch kann sich die Erdoberfläche vorübergehend abkühlen.
Ein historisches Beispiel ist der Ausbruch des Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991. Die Schwefeldioxid-Freisetzung führte zu einer messbaren vorübergehenden Abkühlung der globalen Durchschnittstemperatur.
Das bedeutet allerdings nicht, dass man den Effekt einfach proportional auf eine Supereruption hochrechnen kann.
Für die tatsächlichen Klimafolgen wären unter anderem die Schwefelmenge, die chemische Zusammensetzung der Gase, die Höhe der Eruptionswolke, der Ort des Vulkans und die damalige atmosphärische Situation entscheidend.
Wie stark eine zukünftige Supereruption das globale Klima verändern würde und wie lange dieser Effekt anhalten würde, lässt sich deshalb nicht seriös mit einer einzigen allgemeingültigen Zahl vorhersagen.
Würde eine Supereruption die Menschheit auslöschen?
Dafür gibt es keine wissenschaftliche Grundlage.
Eine Supereruption könnte eine Naturkatastrophe von außergewöhnlicher Größenordnung sein. In der Nähe des Vulkans könnten pyroklastische Dichteströme und massive Ascheablagerungen ganze Landschaften verwüsten.
Weiter entfernte Regionen könnten durch Asche, Einschränkungen des Verkehrs, Ernteausfälle, Probleme bei der Energieversorgung und Störungen globaler Lieferketten betroffen sein. Zusätzlich könnten klimatische Auswirkungen die Situation verschärfen.
Das alles wäre äußerst ernst.
Aber zwischen „weltweit spürbaren Folgen“ und „Auslöschung der Menschheit“ besteht ein gewaltiger Unterschied.
Populäre Darstellungen überspringen diesen Unterschied häufig und machen aus einer möglichen globalen Klimawirkung einen automatischen Weltuntergang.
Wissenschaftlich ist diese Schlussfolgerung nicht gerechtfertigt.
Hat der Toba-Ausbruch die Menschheit fast ausgerottet?
Dieser Mythos verdient einen eigenen Abschnitt, weil er seit Jahrzehnten immer wieder auftaucht.
Die Toba-Supereruption vor ungefähr 74.000 Jahren wurde mit der Hypothese in Verbindung gebracht, dass ein langer vulkanischer Winter die menschliche Bevölkerung drastisch reduziert und unsere Spezies beinahe ausgelöscht habe.
Diese sogenannte Toba-Katastrophenhypothese ist heute jedoch stark umstritten.
Archäologische Funde liefern Hinweise darauf, dass menschliche Populationen die Eruption überstanden. Besonders interessant sind Fundstellen in Indien, an denen ähnliche Steinwerkzeuge sowohl unterhalb als auch oberhalb der Ablagerungen gefunden wurden, die zeitlich mit der Toba-Eruption zusammenhängen.
Forschungen, an denen unter anderem Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts beteiligt waren, sprechen deshalb gegen die einfache Vorstellung, der Toba-Ausbruch habe menschliche Populationen in weiten Teilen Asiens ausgelöscht.
Auch aus anderen Regionen gibt es Hinweise darauf, dass Menschen das Ereignis überstanden.
Das bedeutet nicht, dass Toba keine schweren regionalen oder klimatischen Auswirkungen hatte. Die Stärke und Dauer dieser Auswirkungen sind weiterhin Gegenstand wissenschaftlicher Forschung.
Die häufig wiederholte Behauptung, Toba habe die Menschheit nachweislich bis auf eine winzige Zahl von Überlebenden dezimiert, geht über das hinaus, was die heutigen Belege hergeben.
Welche bekannten Supervulkane gibt es?
Eine endgültige Liste aller Supervulkane der Erde ist schwierig.
Zum einen ist „Supervulkan“ kein besonders sauber abgegrenzter Vulkanbautyp. Zum anderen sind alte Eruptionen teilweise erodiert, überdeckt oder nur unvollständig erhalten. Auch die Berechnung ihrer ursprünglichen Volumina kann mit Unsicherheiten verbunden sein.
Einige Vulkansysteme werden jedoch besonders häufig genannt.
Yellowstone in den USA
Yellowstone ist vermutlich das bekannteste Beispiel.
Das Yellowstone-Vulkanfeld entwickelte sich über mehrere vulkanische Zyklen und brachte während der vergangenen rund 2,1 Millionen Jahre drei sehr große calderabildende Eruptionen hervor.
Die älteste und größte dieser drei Eruptionen fand vor ungefähr 2,1 Millionen Jahren statt. Sie erzeugte den Huckleberry Ridge Tuff. Das USGS gibt das Volumen mit mehr als ungefähr 2.450 Kubikkilometern an.
Vor rund 1,3 Millionen Jahren folgte die Mesa-Falls-Tuff-Eruption. Mit ungefähr 280 Kubikkilometern war sie erheblich kleiner und lag deutlich unter der üblichen VEI-8-Schwelle.
Die jüngste große calderabildende Eruption ereignete sich vor ungefähr 631.000 Jahren. Dabei entstand der Lava Creek Tuff und die heutige Yellowstone-Caldera. Das Volumen lag bei mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometern.
Die heutige Caldera misst ungefähr 45 mal 85 Kilometer.
Das macht deutlich, wie irreführend das Bild eines einzelnen gigantischen Vulkanbergs ist. Yellowstone ist ein riesiges vulkanisches System, dessen Strukturen sich über eine ganze Landschaft verteilen.
Toba in Indonesien
Ein zweites berühmtes Beispiel ist Toba auf der indonesischen Insel Sumatra.
Die Toba-Caldera ist ungefähr 35 mal 100 Kilometer groß und heute zu einem erheblichen Teil vom Tobasee ausgefüllt.
Vor etwa 74.000 Jahren fand dort die Young-Toba-Tuff-Eruption statt.
Das Smithsonian Global Volcanism Program bezeichnet dieses Ereignis als die größte bekannte Eruption des Quartärs. Für Toba werden je nach untersuchter Ablagerungsart und Berechnungsmethode sehr große, aber unterschiedliche Volumenangaben genannt.
Gerade deshalb sollte man bei Ranglisten wie „der größte Vulkanausbruch aller Zeiten“ vorsichtig sein. Bei sehr alten Ereignissen hängt das Ergebnis auch davon ab, welche Ablagerungen und welche Volumendefinition miteinander verglichen werden.
Taupō in Neuseeland
Unter dem heutigen Lake Taupō auf der Nordinsel Neuseelands befindet sich ebenfalls ein großes Calderasystem.
Vor ungefähr 22.600 Jahren ereignete sich dort die sogenannte Oruanui-Eruption.
Je nach Berechnung werden für das Ereignis Werte von ungefähr 1.100 Kubikkilometern beziehungsweise etwas darüber angegeben. Das Smithsonian Global Volcanism Program nennt rund 1.170 Kubikkilometer Tephra, während das USGS in einer aktuellen Übersicht ungefähr 1.130 Kubikkilometer nennt.
Taupō gilt damit als Ort der jüngsten bekannten Supereruption der Erde.
Der Vulkan blieb anschließend aktiv. Vor ungefähr 1.800 Jahren ereignete sich dort erneut eine außerordentlich große explosive Eruption, die jedoch erheblich kleiner war als die Oruanui-Supereruption.
Taupō zeigt damit besonders gut: Ein Vulkansystem, das einmal eine Supereruption hervorgebracht hat, muss beim nächsten Ausbruch keineswegs wieder eine produzieren.
Warum reden alle ständig über Yellowstone?
Kein Supervulkan ist in Dokumentationen, Medien und sozialen Netzwerken so präsent wie Yellowstone.
Dafür gibt es mehrere Gründe.
Das Vulkansystem liegt unter einem der berühmtesten Nationalparks der Welt. Yellowstone besitzt tausende hydrothermale Erscheinungen, darunter Geysire, heiße Quellen und Fumarolen. Besucher können also unmittelbar sehen, dass dort Wärme aus dem Untergrund wirkt.
Gleichzeitig sind die Spuren vergangener riesiger Eruptionen geologisch nachgewiesen und intensiv erforscht.
Die Kombination aus berühmtem Nationalpark, spektakulären Geysiren, aktivem Magmasystem und gewaltigen vergangenen Eruptionen eignet sich natürlich hervorragend für dramatische Geschichten.
Dabei entstand allerdings auch einer der hartnäckigsten Vulkanmythen überhaupt:
Yellowstone sei „überfällig“.
Ist Yellowstone überfällig?
Nein.
Die Behauptung beruht auf einer Rechnung, die zunächst plausibel erscheint.
Die drei großen calderabildenden Eruptionen fanden ungefähr vor 2,08 Millionen, 1,3 Millionen und 631.000 Jahren statt.
Berechnet man aus den beiden Zeitabständen einen Durchschnitt, erhält man ungefähr 725.000 Jahre.
Daraus wird in manchen Darstellungen ein vermeintlicher Vulkanfahrplan:
„Yellowstone bricht ungefähr alle 725.000 Jahre aus. Also ist der nächste Ausbruch bald fällig.“
Genau diese Schlussfolgerung ist falsch.
Ein Mittelwert aus lediglich zwei Abständen ist kein Eruptionsrhythmus. Vulkane arbeiten nicht wie ein Uhrwerk, und Supereruptionen wiederholen sich nicht in regelmäßigen Zeitintervallen.
Das USGS bezeichnet die Vorstellung, Yellowstone sei „überfällig“, deshalb ausdrücklich als falsch.
Viele Vulkansysteme, die eine Supereruption hervorgebracht haben, produzieren überhaupt keine zweite. Und wenn mehrere Supereruptionen im selben System stattfinden, müssen ihre zeitlichen Abstände keineswegs gleich sein.
Aus den drei großen Yellowstone-Eruptionen lässt sich daher kein verlässlicher Countdown bis zur nächsten Katastrophe berechnen.
Tickt unter Yellowstone eine riesige Magmabombe?
Nein – jedenfalls nicht in dem Sinn, den diese Formulierung suggeriert.
Unter Yellowstone befindet sich ein aktives magmatisches System. Das ist wissenschaftlich gut belegt.
Doch große Teile der bekannten Magmareservoire bestehen aus heißem, kristallreichem beziehungsweise festem Material. Das obere Reservoir enthält nach seismologischen Auswertungen nur ungefähr 5 bis 15 Prozent Schmelze.
Beim tieferen Reservoir ist der Schmelzanteil noch geringer.
Das System ist also weder eine leere unterirdische Höhle noch ein gigantischer See aus flüssigem Magma, dessen Oberfläche langsam steigt.
Die Wirklichkeit ist komplexer – und gerade deshalb wissenschaftlich interessanter.
Wann ist Yellowstone zuletzt ausgebrochen?
Auch hier muss man genau auf die Frage achten.
Die jüngste große calderabildende Eruption ereignete sich vor ungefähr 631.000 Jahren.
Der jüngste normale vulkanische Ausbruch liegt dagegen wesentlich weniger weit zurück.
Nach Angaben des USGS fanden die jüngsten rhyolithischen Lavaeruptionen in Yellowstone vor ungefähr 70.000 Jahren statt. Der größte dieser jüngsten Lavaströme bildete das Pitchstone Plateau.
Seit der letzten großen calderabildenden Eruption gab es ungefähr 80 überwiegend nicht explosive vulkanische Eruptionen beziehungsweise eruptive Ereignisse.
Das ist ein besonders anschaulicher Beleg dafür, dass „Supervulkan“ nicht bedeutet, dass jeder Ausbruch eine Supereruption sein muss.
Würde der nächste Yellowstone-Ausbruch automatisch eine Supereruption?
Nein.
Falls Yellowstone irgendwann wieder magmatisch ausbricht, gibt es keinen wissenschaftlichen Grund anzunehmen, dass daraus automatisch eine VEI-8-Eruption wird.
Die Geschichte des Systems zeigt zahlreiche wesentlich kleinere Lavaeruptionen.
Das USGS weist sogar darauf hin, dass Wissenschaftler nicht sicher wissen, ob Yellowstone überhaupt jemals wieder eine weitere calderabildende Supereruption hervorbringen wird.
Die Aussage
„Yellowstone ist ein Supervulkan, also wird sein nächster Ausbruch eine Supereruption“
ist deshalb falsch.
Kann man eine Supereruption vorhersagen?
Eine exakte Vorhersage mit Datum und Uhrzeit ist nicht möglich.
Vulkanologen können aktive Vulkane und Calderasysteme aber sehr genau überwachen und Veränderungen erkennen.
Dabei kommen unter anderem folgende Methoden zum Einsatz:
- Messung von Erdbeben und Erdbebenschwärmen
- GPS- beziehungsweise GNSS-Messstationen
- Messungen von Hebungen und Senkungen der Erdoberfläche
- Satellitenradar und InSAR
- Messungen vulkanischer Gase
- Temperaturmessungen
- Beobachtung hydrothermaler Systeme
Wenn Magma aufsteigt oder sich unterirdisch bewegt, kann es Gestein aufbrechen, Spannungen verändern und die Erdoberfläche verformen. Auch die Zusammensetzung und Menge austretender Gase kann sich verändern.
Ein einzelnes Erdbeben oder eine leichte Bodenhebung bedeutet trotzdem nicht automatisch, dass ein Ausbruch unmittelbar bevorsteht.
Gerade große Calderasysteme können über lange Zeiträume Erdbeben, Bodenbewegungen und hydrothermale Veränderungen zeigen, ohne magmatisch auszubrechen.
Entscheidend ist daher das Gesamtbild verschiedener Messverfahren und die Frage, ob sich die Aktivität deutlich vom bekannten Hintergrundverhalten unterscheidet.
Das Yellowstone Volcano Observatory überwacht das Gebiet deshalb kontinuierlich mit einem Netzwerk verschiedener Messsysteme.
Kann man einen Supervulkan einfach anbohren?
Die Idee klingt zunächst logisch.
Wenn sich unter einem Vulkan Druck aufbaut, müsste man doch nur ein tiefes Loch bohren und diesen Druck kontrolliert entweichen lassen.
Das Problem: Diese Vorstellung behandelt das Magmasystem wie einen aufgeblasenen Luftballon.
Genau so funktioniert es nicht.
Magmatische Reservoirs sind komplexe Mischungen aus heißem Gestein, Kristallen, Schmelze, Gasen und Fluiden. Verschiedene teilweise geschmolzene Bereiche können schlecht miteinander verbunden sein.
Ein einzelnes Bohrloch würde deshalb nicht wie ein Ventil einen großen unterirdischen Druckbehälter entlasten.
Hinzu kommen enorme technische Schwierigkeiten. Bei den hohen Temperaturen und Drücken im Untergrund könnten Bohrlöcher außerdem durch Magma oder aus heißen Fluiden auskristallisierende Minerale wieder verschlossen werden.
Das USGS hält die Idee, Yellowstone auf diese Weise zu „entschärfen“, deshalb nicht für eine sinnvolle Lösung.
Warum sind Supereruptionen so schwer zu erforschen?
Vor allem deshalb, weil sie aus menschlicher Perspektive außerordentlich selten sind.
Kein heute lebender Mensch hat eine VEI-8-Supereruption beobachtet, und es existieren natürlich auch keine instrumentellen Messreihen eines solchen Ereignisses.
Vulkanologen müssen die Abläufe deshalb aus geologischen Spuren rekonstruieren.
Dazu gehören unter anderem:
- Ascheschichten
- Tuffablagerungen
- Bims
- Minerale und Kristalle
- chemische Zusammensetzungen vulkanischer Ablagerungen
- Calderastrukturen
- radiometrische Altersbestimmungen
Bestimmte Ascheschichten können sogar über enorme Entfernungen miteinander verglichen werden. Besitzen Ablagerungen dieselbe charakteristische chemische Signatur und dasselbe Alter, lassen sie sich einer bestimmten großen Eruption zuordnen.
So können Wissenschaftler Ereignisse rekonstruieren, die Zehntausende oder Millionen Jahre zurückliegen.
Trotzdem bleiben zwangsläufig Unsicherheiten. Gerade deshalb sind scheinbar präzise Aussagen wie „der nächste Supervulkan bricht im Jahr X aus“ wissenschaftlich nicht seriös.
Wie selten sind Supereruptionen?
Sehr selten.
Wie häufig sie weltweit tatsächlich vorkommen, lässt sich jedoch nicht einfach durch einen festen Wiederholungszeitraum ausdrücken.
Der geologische Datensatz ist unvollständig. Alte Ablagerungen können erodiert, überdeckt oder zerstört worden sein. Zudem haben verschiedene große Calderasysteme völlig unterschiedliche Entwicklungsgeschichten.
Es gibt deshalb keinen weltweiten Supervulkan-Takt und keinen Kalender, nach dem „alle X Jahre“ irgendwo eine VEI-8-Eruption stattfinden müsste.
Die Tatsache, dass die jüngste bekannte Supereruption von Taupō ungefähr 22.600 Jahre zurückliegt, ist kein Hinweis darauf, dass die nächste „fällig“ wäre.
Warum erforscht man Supervulkane, wenn sie so selten sind?
Weil Risiko nicht ausschließlich davon abhängt, wie häufig ein Ereignis stattfindet.
Ein Ereignis kann extrem selten und trotzdem wissenschaftlich und gesellschaftlich wichtig sein, wenn seine möglichen Folgen außergewöhnlich groß sind.
Die Erforschung von Supervulkanen hilft außerdem bei vielen grundsätzlichen Fragen der Vulkanologie.
Wie entstehen große Magmasysteme? Wie lange können sie existieren? Wie verändert sich Magma in der Erdkruste? Warum kommt es manchmal zu einer explosiven Eruption und manchmal zu einem vergleichsweise ruhigen Lavaausfluss? Wie kündigen sich Veränderungen im Untergrund an?
Alte Supereruptionen liefern darüber hinaus wertvolle geologische Zeitmarker. Weit verbreitete Ascheschichten können helfen, Sedimente an weit voneinander entfernten Orten zeitlich miteinander zu vergleichen.
Und schließlich verbessert jede Erkenntnis über vergangene Vulkanausbrüche die heutige Gefahreneinschätzung.
Die sinnvolle Reaktion auf Supervulkane besteht deshalb weder darin, sie zu ignorieren, noch darin, ständig den Weltuntergang zu erwarten.
Sie besteht darin, sie zu erforschen und zu überwachen.
Was viele über Supervulkane falsch verstehen
- Ein Supervulkan ist nicht einfach ein besonders hoher Vulkan. Viele große Calderasysteme besitzen überhaupt keinen auffälligen zentralen Vulkankegel.
- Nicht jede Caldera ist ein Supervulkan. Calderas können bei vulkanischen Ereignissen ganz unterschiedlicher Größen entstehen.
- Ein Supervulkan erzeugt nicht bei jedem Ausbruch eine Supereruption. Sehr viel kleinere Eruptionen können ebenfalls auftreten.
- VEI 8 bedeutet eine außergewöhnliche Größenordnung explosiver Ablagerungen. Die wichtige Schwelle liegt bei mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometern.
- Unter Yellowstone befindet sich kein gigantischer Lavasee. Die bekannten Magmareservoire bestehen überwiegend aus festem beziehungsweise kristallreichem Material.
- Yellowstone ist nicht „überfällig“. Vulkanausbrüche folgen keinem festen Fahrplan.
- Eine Supereruption bedeutet nicht automatisch das Ende der Menschheit. Sie könnte gewaltige regionale und globale Folgen haben, eine sichere Auslöschung lässt sich daraus aber nicht ableiten.
- Auch die Behauptung, Toba habe die Menschheit nachweislich fast ausgerottet, ist zu pauschal. Archäologische Befunde zeigen, dass menschliche Populationen das Ereignis überstanden.
Wichtige Punkte auf einen Blick
- Der Begriff Supervulkan bezeichnet ein vulkanisches System, das mindestens eine Eruption der Größenordnung VEI 8 hervorgebracht hat.
- Bei VEI 8 geht es um mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometer vulkanische Ablagerungen.
- 1.000 Kubikkilometer entsprechen dem Volumen eines Würfels von 10 × 10 × 10 Kilometern.
- Viele Supervulkane sehen nicht wie klassische Vulkankegel aus.
- Große Calderas entstehen durch das Absinken beziehungsweise Kollabieren eines Bereichs über einem Magmasystem.
- Eine Supereruption könnte pyroklastische Dichteströme, großräumigen Aschefall und erhebliche Störungen von Infrastruktur und Landwirtschaft verursachen.
- Schwefeldioxid kann in der Stratosphäre Sulfataerosole bilden und dadurch das Klima vorübergehend abkühlen.
- Zu den bekanntesten großen Calderasystemen gehören Yellowstone, Toba und Taupō.
- Die Oruanui-Eruption von Taupō vor ungefähr 22.600 Jahren gilt als jüngste bekannte Supereruption.
- Yellowstone ist nicht überfällig und besitzt keinen regelmäßigen Eruptionsrhythmus.
- Der jüngste magmatische Ausbruch in Yellowstone fand vor ungefähr 70.000 Jahren statt und war keine Supereruption.
- Aktive Vulkansysteme werden unter anderem mit Erdbeben-, Bodenverformungs-, Gas- und Satellitenmessungen überwacht.
FAQ
Was ist ein Supervulkan einfach erklärt?
Ein Supervulkan ist ein vulkanisches System, das mindestens eine extrem große explosive Eruption hervorgebracht hat. Als typische Größenordnung einer Supereruption gilt VEI 8 mit mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometern vulkanischen Ablagerungen.
Ist ein Supervulkan einfach ein besonders großer Vulkan?
Nein. Entscheidend ist nicht die Höhe oder Größe eines Vulkanbergs, sondern die Größenordnung vergangener Eruptionen. Viele Supervulkane sind große Calderasysteme und besitzen gar keinen auffälligen zentralen Vulkankegel.
Was bedeutet VEI 8?
VEI steht für Volcanic Explosivity Index. VEI 8 bezeichnet die Größenordnung extrem großer explosiver Eruptionen mit mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometern Ablagerungen. Bei prähistorischen Eruptionen ist das Volumen der erhaltenen Ablagerungen besonders wichtig für die Einstufung.
Ist VEI 8 die höchste mögliche Stufe?
Die VEI-Skala wird in vereinfachten Darstellungen meist von 0 bis 8 gezeigt, ist wissenschaftlich aber grundsätzlich nach oben offen. VEI 8 ist die Größenordnung, die üblicherweise für Supereruptionen verwendet wird.
Was ist eine Caldera?
Eine Caldera ist eine große vulkanische Einbruchssenke. Sie entsteht, wenn im Zusammenhang mit einer Eruption große Mengen Magma aus einem unterirdischen Speichersystem entfernt oder verlagert werden und der darüberliegende Bereich absinkt.
Ist jede Caldera ein Supervulkan?
Nein. Calderas können auch bei wesentlich kleineren vulkanischen Ereignissen entstehen. Für die Bezeichnung Supervulkan ist die Größenordnung einer nachgewiesenen Supereruption entscheidend.
Welcher Supervulkan ist zuletzt ausgebrochen?
Wenn mit „ausgebrochen“ ausdrücklich eine Supereruption gemeint ist, gilt die Oruanui-Eruption des Taupō-Vulkans in Neuseeland vor ungefähr 22.600 Jahren als jüngste bekannte Supereruption. Taupō selbst ist danach erneut, aber wesentlich kleiner ausgebrochen.
Ist Yellowstone wirklich ein Supervulkan?
Yellowstone hat in seiner Vergangenheit Eruptionen der VEI-8-Größenordnung hervorgebracht und wird deshalb häufig als Supervulkan bezeichnet. Fachlich ist die Beschreibung als großes vulkanisches Calderasystem oft genauer.
Ist Yellowstone überfällig?
Nein. Yellowstone besitzt keinen festen Eruptionszyklus. Die Zeitabstände zwischen drei vergangenen großen Eruptionen reichen nicht aus, um daraus einen regelmäßigen Fahrplan für zukünftige Eruptionen abzuleiten.
Wann ist Yellowstone zuletzt ausgebrochen?
Die jüngste große calderabildende Eruption fand vor ungefähr 631.000 Jahren statt. Der jüngste magmatische Ausbruch war dagegen ein wesentlich kleinerer Lavaausbruch vor ungefähr 70.000 Jahren.
Ist unter Yellowstone alles flüssiges Magma?
Nein. Das obere Magmareservoir ist nach seismologischen Untersuchungen überwiegend fest beziehungsweise kristallreich und enthält nur ungefähr 5 bis 15 Prozent Schmelze. Auch das tiefere Reservoir besteht größtenteils nicht aus flüssigem Magma.
Kann ein Supervulkan das Klima verändern?
Ja. Gelangen große Mengen Schwefeldioxid bis in die Stratosphäre, können Sulfataerosole entstehen, die einen Teil der Sonnenstrahlung reflektieren und dadurch die Erdoberfläche vorübergehend abkühlen. Wie stark dieser Effekt bei einer konkreten zukünftigen Supereruption wäre, lässt sich nicht genau vorhersagen.
Würde eine Supereruption die Menschheit auslöschen?
Dafür gibt es keine wissenschaftliche Grundlage. Eine Supereruption könnte eine außergewöhnlich schwere regionale und möglicherweise weltweit spürbare Katastrophe verursachen. Das ist aber nicht gleichbedeutend mit einer sicheren Auslöschung der Menschheit.
Hat Toba die Menschheit fast ausgerottet?
Die Hypothese wurde lange diskutiert, gilt aber keineswegs als bewiesen. Archäologische Funde unter anderem aus Indien zeigen menschliche Aktivität vor und nach der Toba-Eruption. Die Vorstellung einer beinahe vollständigen Auslöschung der Menschheit durch Toba wird durch die heutige Beweislage daher nicht gestützt.
Kann man einen Supervulkan entschärfen?
Eine praktikable Methode dafür ist nicht bekannt. Insbesondere die Idee, Yellowstone einfach anzubohren und dadurch Druck abzulassen, beruht auf einer falschen Vorstellung des unterirdischen Magmasystems.
Fun Fact
Das vielleicht Überraschendste an Supervulkanen ist, dass man mitten in einem stehen kann, ohne einen Vulkanberg vor sich zu sehen. Die Yellowstone-Caldera ist ungefähr 45 mal 85 Kilometer groß. Auch bei Toba und Taupō sind große Teile der Calderalandschaften heute von Seen geprägt.
Einige der größten Vulkansysteme der Erde sehen deshalb auf den ersten Blick eher wie ganz normale Landschaften aus als wie Vulkane.
Zusammenfassung
Ein Supervulkan ist nicht die XXL-Version eines normalen Vulkanbergs. Der Begriff bezeichnet vielmehr ein vulkanisches System, das mindestens eine außergewöhnlich große explosive Eruption der Größenordnung VEI 8 hervorgebracht hat. Die entscheidende Größenordnung liegt bei mehr als ungefähr 1.000 Kubikkilometern vulkanischen Ablagerungen.
Solche Eruptionen können riesige Calderas entstehen lassen, pyroklastische Dichteströme erzeugen und Asche über enorme Entfernungen verteilen. Schwefelhaltige Gase können zusätzlich bis in die Stratosphäre gelangen und dort vorübergehende klimatische Veränderungen auslösen.
Bekannte Beispiele sind Yellowstone in den USA, Toba in Indonesien und Taupō in Neuseeland. Gerade Yellowstone zeigt jedoch, warum der Begriff Supervulkan leicht missverstanden wird: Das System hat neben seinen gewaltigen Eruptionen zahlreiche wesentlich kleinere Ausbrüche hervorgebracht.
Yellowstone ist außerdem weder „überfällig“ noch liegt darunter ein gigantischer Tank voller flüssigen Magmas. Vulkane folgen keinem regelmäßigen Terminplan.
Auch der Weltuntergang gehört nicht zur wissenschaftlichen Definition eines Supervulkans. Eine Supereruption wäre ein außergewöhnlich schweres Naturereignis und könnte Auswirkungen weit über die eigentliche Vulkanregion hinaus haben. Daraus lässt sich aber keine automatische Auslöschung der Menschheit ableiten.
Die größten Vulkansysteme erkennt man also nicht unbedingt daran, wie hoch sie sind – sondern an den Spuren, die ihre Vergangenheit in der Landschaft hinterlassen hat.
Quellen
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U.S. Geological Survey: Questions About Supervolcanoes
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U.S. Geological Survey: The Volcanic Explosivity Index – A tool for comparing the sizes of explosive volcanic eruptions
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U.S. Geological Survey: Caldera or crater – what’s the difference?
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U.S. Geological Survey: Yellowstone
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U.S. Geological Survey: Questions About Yellowstone Volcanic History
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U.S. Geological Survey: Is Yellowstone overdue for an eruption?
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U.S. Geological Survey: Pyroclastic Flows at Yellowstone
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U.S. Geological Survey: Could a large Yellowstone eruption significantly change the climate?
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U.S. Geological Survey: Effects of volcanic ash on aircraft
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U.S. Geological Survey: Why can’t we drill Yellowstone to stop eruptions and make power?
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Smithsonian Institution – Global Volcanism Program: Taupō
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Smithsonian Institution – Global Volcanism Program: Toba
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Max-Planck-Institut für Geoanthropologie: Menschliche Bevölkerungsgruppen überlebten den Superausbruch des Toba-Vulkans
