Neue Erkenntnisse zur Mechanik der Lavafontänen des Kilauea in Hawaii

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Forschungen des US Geological Survey zu den jüngsten Ausbrüchen des Kilauea liefern Hinweise zur Vorhersage von Lavafontänen und legen dampfbetriebene Prozesse statt Kohlenstoffdioxidschaum als Energiequelle der Fontänen nahe.

Die spektakulären Lavafontänen des Kilauea-Vulkans auf Hawaii haben Vulkanologen seit langem fasziniert, doch die Kräfte, die diese hunderte Meter hohen geschmolzenen Fontänen antreiben, sind teilweise noch unbekannt. Jüngste Ausbrüche boten eine beispiellose Gelegenheit, diese dramatischen vulkanischen Phänomene zu untersuchen und besser zu verstehen.

Kilauea, der jüngste und aktivste Vulkan Hawaiis, zeigt typischerweise langsam fließende Lava. Seit 1823 hat er jedoch nur drei Episoden von Lavafontänen erlebt. Nach einem großen Ausbruch 2018, der ein unterirdisches Magmareservoir teilweise entleerte, überwachten Wissenschaftler des US Geological Survey (USGS) die Stätte mit einem Netzwerk von 35 Stationen, ausgestattet mit seismischen, Infraschall-, geodätischen, Gassensoren sowie thermo- und visuellen Kameras.

Ab 2019 begann das Magmareservoir unter Kilauea zunächst langsam wieder zu füllen, beschleunigte dann bis 2023 deutlich, wodurch sich der Gipfel zunehmend aufblähte, zuerst um 22 Zentimeter pro Jahr, dann auf 57 Zentimeter. Im Jahr 2024 ereignete sich eine Reihe von Erdbeben, als eine 900 Meter lange Spalte aufriss, die über 13 Stunden Lavafontänen von bis zu 160 Metern Höhe ausstieß. Kurz darauf folgte ein zweiter Ausbruch. Im darauffolgenden Monat registrierte das USGS 52 weitere Fontäneneruptionen, einige mit Lavaauswurf über 400 Meter Höhe.

Zentrale Erkenntnisse aus dieser Aktivität waren die Fähigkeit, Erstausbruchszeiten durch Überwachung der Gipfelnneigung des Kilauea vorherzusagen. Jeder Ausbruch führte zu schneller Gipfeldelfation, gefolgt von allmählicher Wiederbefüllung des Magmareservoirs. Aufeinanderfolgende Ausbrüche traten auf, wenn die Neigungsmessungen ähnliche Schwellenwerte erreichten, wodurch verbesserte Ausbruchswarnungen trotz fehlender klarer seismischer Signale unmittelbar vor der Fontänenaktivität möglich wurden.

Zu den Mechanismen, die diese Lavafontänen antreiben, existieren zwei Haupthypothesen. Die eine führt die Fontänen auf Dampf zurück, der entsteht, wenn Wasser im Magmareservoir in flachere Tiefen gelangt und schlagartig verdampft, wodurch das Magma zersplittert und nach oben getrieben wird. Die andere sieht Kohlenstoffdioxid, das einen Schaum auf der Magmakammer bildet und Gas plötzlich freisetzt, was die Fontänen antreibt.

Daten der jüngsten Ausbrüche zeigen niedrige Kohlendioxidwerte während des gesamten Ausbruchzyklus, was die Schaumtheorie schwächt. Schwefeldioxidwerte stiegen während der Ausbrüche, blieben aber insgesamt hoch, was auf einen kontinuierlichen Gasaustritt aus dem Magma hindeutet, mit intensiverer Aktivität während der Fontänenereignisse. Diese Belege sprechen für das dampfgetriebene Ausbruchmodell, bleiben aber ungeklärt, warum kontinuierliche Prozesse plötzlich zu Fontänen ausbrechen.

Chemische Analysen von Magmaproben zeigten schwankende Magnesiumoxidwerte, was Temperaturänderungen entspricht, die mit Zyklen von Magmaentleerung und -nachschub übereinstimmen. Andere Oxide nahmen im Laufe der Zeit zu, was auf neu ankommendes Magma mit unterschiedlicher Chemie hindeutet.

Trotz umfangreicher Instrumentierung bleiben Herausforderungen, vor allem bei der Gasprobenahme, die durch Infrarot-Interferenzen während der Lavafontänen beeinträchtigt wird, sowie Sicherheitsrisiken durch die hohen Fontänenstrahlen. Eine Kamera ging verloren, als sie Nahaufnahmen schmelzenden Gesteins einfing, das vom Himmel fiel.

Kilauea bleibt ein mächtiges Naturlabor, das Einblicke in die Dynamik vulkanischer Ausbrüche bietet. Während die jüngsten Studien bedeutende Fortschritte im Verständnis und der Vorhersage von Lavafontänen darstellen, bleibt noch viel zu lernen, um die Geheimnisse dieser feurigen Spektakel vollständig zu enthüllen.

(Wissenschaftliche Quelle: USGS-Forschung veröffentlicht in Science, Oktober 2026, DOI: 10.1126/science.aef2931)