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Hintergrund: Das Eifel-Plume-Projekt

Der Vulkanismus heute

In der Eifel brachen mehr als 700 Vulkane aus. Die Ausbrüche verteilten sich grob auf zwei unterschiedliche Zeitabschnitte, zwischen denen eine lange Verschnaufpause lag. Vor rund 45 bis 34 Millionen Jahren waren 350 basaltische Vulkane aktiv. Sie lagen im sogenannten Hocheifel-Vulkanfeld. Die jüngere tertiäre Ausbruchsphase fand erst vor 700.000 bis 10.000 Jahren statt und endete mit dem Ausbruch des Ulmener Maars vor 10.900 Jahren. Die circa 240 jungen Vulkane verteilten sich auf ein Vulkanfeld im Westen und eines im Osten der Eifel. Dabei förderte der hoch explosive Laacher See-Vulkan in der Osteifel fast doppelt so viel Auswurfmaterial wie die restlichen Vulkane der Ost-und Westeifel zusammen.

  • Vulkanfelder (Quelle: SWR) Die Vulkanfelder der Eifel (Quelle: SWR)

Aber woher wurden die jungen Vulkane der Eifel damals mit Magma gespeist und welche Art von magmatischer Aktivität gibt es heute noch tief unter der Eifel? Um diesen Fragen auf den Grund zu gehen, rief der Geophysiker Joachim Ritter, der heute am Karlsruher Institut für Technologie forscht, im Jahre 1997 das europäische Eifel-Plume-Projekt ins Leben. Es ist das bisher umfangreichste seismologische Feldexperiment dieser Art in Europa. Mit Hilfe von stationären und mobilen Erdbeben-Messstationen wurde eine sogenannte seismische Tomographie erstellt. Der Großteil der 250 hauptsächlich mobilen Erdbeben-Messstationen lag in der Eifel. Der Rest verteilte sich auf Nordrhein-Westfalen, Frankreich, Belgien und Luxemburg.

Bei den Messungen machten sich die Forscher die Wellen von starken Erdbeben rund um die Welt zu Nutze. Die Wellen eines heftigen Erdbebens, z.B. im rund 8.500 Kilometer entfernt liegenden Mexiko, sind beispielsweise in weniger als 10 Minuten in der Eifel zu spüren. Entscheidend für die Untersuchung des Erdinneren ist dabei, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen langsamer wird, wenn sie durch eine Region hindurch wandern, die lokal wärmer als ihre Umgebung ist. Die Aufzeichnungen der 250 Stationen ermöglichen es, die zeitversetzten Ankunftszeiten der Erdbebenwellen zu bestimmen. Anschließend wird mit komplizierten Algorithmen ein dreidimensionales Bild des Erdinneren berechnet. Die Methode ist vergleichbar mit einer computertomographischen Aufnahme in der Medizin.

Die thermische Anomalie unter der Eifel

  • Der Eifel-Plume (Quelle: SWR) Der Eifel-Plume (Quelle: SWR)

Das Ergebnis ist beeindruckend: In einer schlauchförmigen Zone unter der Eifel verringerte sich die Geschwindigkeit der Erdbebenwellen. Dort liegt offensichtlich ein großer Bereich des Erdmantels, der heißer als das umliegende Mantelgestein ist und daher vermutlich Schmelzanteile enthält. Dem skurrilen Gebilde gab der Geowissenschaftler Dr. Joachim Ritter den Namen Eifel-Plume. "Plume" heißt im Englischen "buschige Feder" . Der Eifel-Plume liegt zwischen 45 und mindestens 400 Kilometern tief unter dem größten Teil der Eifel und ist 100 Kilometer breit. In viel größerer Tiefe als unter der Eifel erstreckt sich der heiße Bereich auch bis unter den Vogelsberg-Vulkan nordöstlich von Frankfurt. Im Eifel-Plume ist die Gesteinstemperatur rund 150 Grad heißer als das zäh bewegliche Mantelgestein der Umgebung. Ähnlich wie bei einer Lavalampe steigt das heiße Gestein des Plumes auf, allerdings mit nur rund 10 Zentimetern pro Jahr.

Der Vulkanismus der Eifel ist eine Besonderheit, denn er entwickelte sich inmitten einer Kontinentalplatte und dies, wie man annimmt, durch das Magma, dass darunter aus dem Plume nach oben stieg. Dieser sogenannte Intraplatten-Vulkanismus unterscheidet sich von den meisten anderen Vulkanen der Erde, die entlang des bekannten Pazifischen Feuerrings ausbrechen. Der Feuerring aus aktiven Vulkanen zeichnet die Grenzen der Lithosphäreplatten nach, die gegeneinander reiben und dadurch ständig Erdbeben erzeugen.

Mantel-Plumes kommen auch in anderen Vulkangebieten der Erde vor. Diese Gebiete werden als Hotspot bezeichnet, wenn gerade aktive Vulkane, die sich aus den Magmen der Plumes speisen, Lavamengen an der Erdoberfläche schleudern. Die bekanntesten Mantel-Plumes liegen unter dem Yellowstone Nationalpark sowie unter den Inseln Island, La Réunion und Hawaii. Diese vier Hotspot-Vulkangebiete sind weitaus größer als der Eifel-Vulkanismus. Vor 12.900 Jahren, als der Laacher See-Vulkan ausbrach, war die Eifel offenbar auch ein aktiver Hotspot.

Der Mantelplume zur Zeit des Laacher See-Vulkanausbruchs

Wie stieg aber damals das Magma vom Plume an die Oberfläche? In einem Prozess, der sich über mehrere Zehntausend Jahre erstreckte, kroch zähflüssiges Magma aus dem Kopf des Plumes bis an die Basis der festen Erdkruste hoch. Dort, an der sogenannten Moho, blieb es stecken, weil die Erdkruste eine geringere Dichte als das Magma hat. Es bildeten sich Schmelzansammlungen, die man "Underplating" nennt. Da die Erde außen kälter ist als innen, kühlte das steckengebliebene Magma ab. Kristalle begannen zu wachsen, so dass eine erste chemische Umwandlung des Magmas stattfand. Diese Phase dauerte wieder viele Zehntausend Jahre. Dabei entstanden nicht nur erste Mineralien, sondern auch ein Gasgemisch, in dem viel Kohlendioxid enthalten war. Dieses löste sich entlang der Moho aus den erkaltenden Magmen heraus. Nur etwa 10 Prozent der nunmehr leichteren Gesteinsschmelze schafften in den folgenden Tausenden Jahren den weiteren Aufstieg nach oben, insbesondere durch Gesteinsrisse, die durch tektonische Störungen verursacht worden waren. Doch erneut blieb die Schmelze stecken, als sie die obere Erdkruste erreichte. Hier schmolz das Magma auch Teile des umgebenden festen Gesteins der Erdkruste an, eine sogenannte Magmakammer entstand.

Unter der Eifel – damals und heute

  • Vulkanausbruch (Quelle: SWR) So könnte der Ausbruch des Laacher See-Vulkans vor 12.900 Jahren ausgesehen haben. (Quelle: SWR)

Als am Ende der chemischen Umbildung des Magmas der Gasdruck in der Magmakammer zu hoch wurde, brach der Laacher See-Vulkan mit einer unvorstellbar großen Explosionskraft aus. Heute vermutet man, dass lokal begrenzte Aufschmelzungen ein paar Kilometer oberhalb des Eifel-Plumes in nur circa 40 Kilometer Tiefe stattfinden. Hinweise darauf lieferten zwei tiefe Erdbeben im Jahr 2013. Auch erste Stichproben von Gasmessungen deuten auf solche magmatischen Aktivitäten im oberen Erdmantel dicht unter der Grenze zur Erdkruste hin.