Antarktis Lava Lake Huffs und Puffs wie ein schlafender Drache

Der kälteste Ort der Erde ist auch einer der seltenen Orte, wo ein aufgewühlter Lavasee ein Fenster in das Herz eines Vulkans bietet.

Am Erebus-Vulkan in der Antarktis weht ein lang gezogener Lavasee Dampf und startet Lava-Bomben auf Wissenschaftler, die seine Hänge erklimmen, in der Hoffnung, die Geheimnisse der Vulkane zu lüften. (Lavabomben fliegen Blobs aus geschmolzenem Gestein.)

"Wir denken, dass Lava-Seen wirklich die Spitze einer Magmakammer sind. Wenn wir Lava-Seen studieren, können wir sehen, was in den Eingeweiden des Vulkans passiert", sagte Philip Kyle, Vulkanologe bei New Mexico Tech in Socorro, der seitdem Erebus besucht hat Ende der 1960er Jahre.

Erebus ist seit den 1970er Jahren kontinuierlich aktiv. Seit mehr als 40 Jahren haben Forscher wie Kyle in dem kurzen Sommer den 12.450 Fuß hohen Gipfel (3.794 Meter) erklommen und eine Batterie von Überwachungsgeräten installiert, die Erebus zu einem der am intensivsten beobachteten Vulkane der Welt machen. [Galerie: Erebus Vulkan Amazing Lava Lake]

In den ersten Jahrzehnten sammelten Wissenschaftler jeden Sommer nur wenige wertvolle Daten in Erebus. Jetzt, trotz des rauen Klimas, sitzt das ganze Jahr über von Erdbebenmonitoren bis Infrarotkameras auf dem Vulkan. Instrumente verfolgen auch das Anschwellen und Absinken der Oberfläche des Vulkans, schnüffeln auf Magma, das unterirdisch pulsiert; höre Infraschall (Schall unterhalb des menschlichen Gehörs); und schnüffeln Gase in die Luft entweichen.

Der Atem des Drachen

Eine der bemerkenswerten Entdeckungen, die aus diesem langen Lager stammen, ist, wie regelmäßig der Lavasee schnauft und wühlt, wie ein schlafender Drache. "Ich würde gerne sagen, dass Erebus atmet, obwohl mir gesagt wurde, dass Erebus nur ausatmen kann", sagte Kyle.

Kyles Kollaborateur Clive Oppenheimer, ein Vulkanologe an der Universität von Cambridge, bemerkte das verlässliche Muster des Sees vor einigen Jahren zum ersten Mal durch die Messung seiner endlosen Gaswolke. Die Gesamtmenge an Gas - meist ein gleiches Maß an Kohlendioxid und Wasser, mit etwas Schwefeldioxid und Chlorwasserstoff - steigt und fällt in einem zehnminütigen Zyklus. Die Zusammensetzung des Gases schaltet auch den gleichen Zyklus ein.

Aber die kurze Sommerforschungssaison bedeutete, dass die Wissenschaftler nicht sicher waren, ob das Phänomen nur auf ihrer Uhr auftrat. Vielleicht erwachte der Drache im Winter.

Jetzt, mit ganzjähriger Ausrüstung, haben die Erebus-Forscher bewiesen, dass der Zyklus das ganze Jahr über anhält und zwischen fünf und 18 Minuten seit 2004 schwankt. Dies geht aus einer Studie hervor, die im Juni 2014 in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wird.

"Das Verhalten ist bemerkenswert konstant geblieben, was für Vulkane ziemlich ungewöhnlich ist", sagte Nial Peters, Leitautor und Geophysiker an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich.

Die neue Studie berichtet auch über andere faszinierende Verhaltensweisen im sprudelnden See. Zum Beispiel, die Lava hebt sich im Einklang mit ihrem 10-Minuten-Gaszyklus, seine Oberfläche steigt und fällt um etwa 6 bis 10 Fuß (2 bis 3 m), sagte Peters. Und die Lava, die an der Oberfläche des Sees kühlt, bricht und strömt mit einer Geschwindigkeit aus, die den schwankenden Gasen entspricht. "Stell dir den See als eine Schüssel vor, die auf einer Pfeife sitzt, und wenn frische Magma-Ladungen auf den Grund kommen, erheben sie sich und breiten sich aus", sagte Peters zu Live Science 'Our Amazing Planet. "Das sehen wir in der Geschwindigkeit, die vom Zentrum des Sees nach außen fließt. Es sieht aus wie eine dicke, schwerflüssige Flüssigkeit, die sich allmählich konvektiert."

Eine seltene Aussicht

Lava-Seen sind selten - es gibt nur vier langlebige Seen auf der Erde, weil der Vulkan ständig Lava an die Oberfläche liefern muss. Es gibt Seen in Erebus, Hawaiis Kilauea Vulkan, Äthiopiens Erta Ale Vulkan und Nyiragongo Vulkan in der Demokratischen Republik Kongo. [Fotos: Die fünf aktivsten Vulkane der Welt]

Das Magma des Erebus-Vulkans ist ein seltener Typ, der Phonolith genannt wird und bis zu 100 Mal viskoser ist als der Basalt in Kilauea auf Hawaii und Erta Ale in Äthiopien. Obwohl Erebus der einzige aktive Vulkan mit Phonolith-Lava ist, ist sein Zwilling Kilimanjaro im Ostafrikanischen Graben, sagte Kyle. Beides sind steile kegelförmige Phonolitvulkane, die aus Rissen aufsteigen, wo sich die Erdkruste auseinanderzieht. Erebus ist von Ross Island aus zu sehen und ist von der McMurdo Forschungsstation und der neuseeländischen Scott Base aus zu sehen.

Die Langzeitbeobachtungen am Lavasee des Erebus-Vulkans gehören zu den einzigen rigorosen Studien dieser wertvollen Fenster zu magmatischen Systemen, sagte Matt Patrick, ein Vulkanologe am Hawaii Volcano Observatory des US Geological Survey, der nicht an der Studie beteiligt war.

"Die Peters-Arbeit ist ein großer Schritt zum Verständnis aktiver Lavaseen, zum großen Teil aufgrund der einzigartig detaillierten Beobachtungen, die sie über die Aktivität des Lavasees gemacht haben", sagte Patrick.

Wie es funktioniert

Mit ihrer Fülle an Daten bewegen sich die Mitglieder des Erebus-Teams nun auf ihr nächstes großes Ziel zu: Erklären, wie der Vulkan funktioniert.

"Das ist die $ 64.000 Dollar Frage", sagte Kyle über die seltsam vorhersehbaren Klempnerarbeiten.

Hier könnten die stetigen Ausatmungen entstehen. Denken Sie an Blobs, die sich in einer Lavalampe erheben und fallen. Stellen Sie diese Blobs nun in eine unterirdische Röhre, die den Lavasee aus einer tief vergrabenen Magmakammer speist. Lava bewegt sich auf und ab - eine Strömung und ein Gegenstrom, ähnlich einer Lavalampe, nach einem Modell in einer separaten Studie, die in derselben Ausgabe der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wird.

"Die Physik dessen, was vor sich geht, ist ziemlich unterschiedlich, aber es ist eine einfache Analogie", sagte Peters, der Co-Autor der Studie "Lavalampe" ist. "Chargen frischen Magmas kommen als Blobs, nicht als kontinuierlicher Strom."

Aber genau wie ein richtiger Körper kommt dieses "Atmen" von einem anderen Teil des Vulkans als von seinen aufstossenden Eruptionen.Erebus bricht aus, als eine große Gasblase auftaucht und im See aufplatzt und Lava auf den umliegenden Hängen spritzt. Einige der Lavabomben des Vulkans sind fast busgroß.

Bei Erebus haben diese Rülpser eine andere Zusammensetzung als die Gase, die alle 10 Minuten auf und ab fließen, fanden Forscher heraus. Die Ermittler glauben, dass dieser Unterschied bedeutet, dass die Bomben aus dem Inneren des Vulkans kommen.

"Es sieht so aus, als ob die beiden Verhaltensweisen sehr voneinander getrennt sind", sagte Peters. Der Gaskreislauf setzt sich fort, selbst wenn Eruptionen den Pegel des Lavasees plötzlich senken.

Computer-Modellierung der oberen und unteren vulkanischen Rohrleitungen wird dazu beitragen, diese seltsame Reihe von Verhaltensweisen zu erklären und Einblicke in das Innenleben anderer Vulkane geben, sagte Peters.

Aber da ist eine Hürde.

"Grundsätzlich sind alle messbaren Eigenschaften der Lava immer noch zu gewinnen", sagte Peters. Sogar die Temperatur der Lava ist nur eine Vermutung - sie wurde nie direkt gemessen. Das liegt zum einen an der Gefahr des Todes durch fliegende Bomben und zum anderen daran, dass der See in einem 330 Fuß tiefen Krater liegt. "Der Wunsch ist, das zu tun, was man Vulkangang nennt, nämlich Instrumente, die von Kabeln in den See baumeln", sagte Peters.

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