Scherkräfte lösen Gasblasen in Magma aus: Neue vulkanologische Erkenntnisse

Eine jahrzehntelange Annahme in der Vulkanologie, wonach vulkanische Eruptionen ausschließlich durch den Druckabfall beim Aufstieg von Magma ausgelöst werden, wird durch neue Forschungsergebnisse erweitert. Eine internationale Forschergruppe, an der Experten des ETH Zürich beteiligt waren, veröffentlichte im Jahr 2025 Studien, die einen weiteren Mechanismus für die Blasenkeimbildung in gasgesättigtem Magma aufzeigen.

Die Untersuchung demonstriert, dass bereits die Bewegung und Verformung von Magma die Bildung von Gasblasen initiieren kann, selbst ohne signifikante externe Druckänderungen. Im Fokus steht die Rolle von Scherkräften, die durch die differentielle Bewegung des Magmas in vulkanischen Schloten entstehen, insbesondere an den Kanalwänden mit hoher Reibung. Die Wissenschaftler, darunter Olivier Roche und Olivier Bachmann vom ETH Zürich, nutzten ein analoges System mit einem unter Druck stehenden, CO2-gesättigten Polymerschmelzmittel, um die Magma-Dynamik zu modellieren.

In Laborexperimenten beobachteten die Forscher die spontane Blasenbildung in Zonen mechanischer Spannung, sobald kontrollierte Scherung angewandt wurde. Dies belegt die Existenz der sogenannten scherinduzierten Nukleation. Ein zentrales Ergebnis ist die Feststellung, dass die notwendige kritische Scherspannung für die Blasenbildung sinkt, je höher die Konzentration des gelösten Gases im Magma ist. Dies legt nahe, dass Magmen mit hohem flüchtigen Gehalt anfälliger für diese Art der Blasenbildung sind.

Theoretische und rechnerische Modelle der Forscher deuten darauf hin, dass dieser Mechanismus in natürlichen vulkanischen Schloten, insbesondere bei hochviskosen Magmen, wahrscheinlich relevant ist. Dieser Mechanismus könnte erklären, warum hochviskose, volatile-reiche Magmen manchmal eher effusive Lavaflüsse als gewalttätige Explosionen erzeugen. Die frühe Gasfreisetzung durch Scherung reduziert den Innendruck, bevor das Magma kritische Dekompressionszonen erreicht, was das eruptive Verhalten abmildert. Olivier Bachmann vom ETH Zürich betonte, dass Scherung eine effiziente Entgasung fördern kann, was die Beobachtung sanfter Eruptionen trotz hohem Gasgehalt erklärt.

Die Befunde haben tiefgreifende Konsequenzen für die Vulkanologie, da bisherige Schätzungen der Magmaaufstiegsraten, die auf der Blasenstruktur basierten, möglicherweise überhöht sind, falls die scherinduzierte Nukleation signifikant ist. Die Studie, an der auch Wissenschaftler der Brown University und der Université Clermont Auvergne beteiligt waren, unterstreicht die Notwendigkeit, Modelle zur vulkanischen Gefahrenprognose zu aktualisieren, um den Einfluss der Scherung in den Schloten zu berücksichtigen. Die Dynamik von Eruptionen, wie jener des Mount St. Helens im Jahr 1980, die mit einem langsamen Lavafluss begann, kann durch diesen Mechanismus besser erklärt werden, da starke Scherkräfte eine erste Gasfreisetzung ermöglichten, bevor der explosive Druckabfall erfolgte.