Vulkane auf dem Meeresboden lodern in regelmäßigen Abständen auf - von zwei Wochen bis zu 100.000 Jahren. Helfen sie dabei, plötzlich schwankende Hitze- und Kälteperioden zu erzeugen?
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Ozeane der Erde ein vulkanisches Wunderland verbergen.
Von Wissenschaftlern wurde angenommen, dass riesige Vulkanketten unter den Ozeanen der Erde die sanften Giganten des Planeten sind, die Lava mit langsamen, gleichmäßigen Raten entlang der Mittelmeerkämme sickern lassen. Eine neue Studie zeigt etwas anderes. Es zeigt, dass diese Unterwasservulkane in erstaunlich regelmäßigen Zyklen von zwei Wochen bis zu 100.000 Jahren aufflammen. Darüber hinaus treten sie fast ausschließlich in den ersten sechs Monaten eines jeden Jahres auf. Die Studie - veröffentlicht am 6. Februar 2015 in der Zeitschrift Geophysikalische Forschungsbriefe - schlägt vor, dass diese zyklischen Impulse von Meeresbodenvulkanen dazu beitragen könnten, natürliche Klimaschwankungen auszulösen. Die Idee ist, dass die Vulkanzyklen an kurz- und langfristige Zyklen in der Erdumlaufbahn - die sogenannten Milankovitch-Zyklen - und an sich ändernde Meeresspiegel gebunden sein könnten.
Wissenschaftler haben bereits spekuliert, dass Vulkankreisläufe an Land, die große Mengen Kohlendioxid ausstoßen, das Klima beeinflussen könnten. Bisher gab es jedoch keine Hinweise auf einen ähnlichen Beitrag von U-Boot-Vulkanen. Die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass Modelle der natürlichen Klimadynamik der Erde und damit des vom Menschen beeinflussten Klimawandels möglicherweise angepasst werden müssen.
Die marine Geophysikerin Maya Tolstoy vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University ist die Autorin der Studie. Sie sagte:
Menschen haben Meeresbodenvulkane ignoriert, weil ihr Einfluss gering ist. Dies liegt jedoch daran, dass davon ausgegangen wird, dass sie sich in einem stabilen Zustand befinden, was nicht der Fall ist. Sie reagieren sowohl auf sehr große als auch auf sehr kleine Kräfte, und das zeigt uns, dass wir sie viel genauer betrachten müssen.
Vulkanisch aktive Gebirgskämme in der Mitte des Ozeans überziehen den Meeresboden der Erde wie ein Baseball, der sich über eine Länge von etwa 60.000 km erstreckt. Sie sind die wachsenden Ränder riesiger tektonischer Platten; Wenn sich Laven ausbreiten, bilden sie neue Bereiche des Meeresbodens, die rund 80 Prozent der Erdkruste ausmachen.
Es ist allgemein bekannt, dass Meeresbodenvulkane mit einer relativ konstanten Geschwindigkeit ausbrechen, aber Tolstoi stellt fest, dass sich die Kämme derzeit in einer trägen Phase befinden. Selbst dann produzieren sie vielleicht achtmal mehr Lava pro Jahr als Landvulkane.
Aufgrund der Chemie ihrer Magmen ist das Kohlendioxid, von dem angenommen wird, dass es sie ausstößt, derzeit ungefähr gleich oder vielleicht etwas geringer als das von Landvulkanen - ungefähr 88 Millionen Tonnen pro Jahr, sagt Tolstoy. Würden sich die Unterwasserketten aber noch ein bisschen mehr rühren, würde ihr CO2-Ausstoß in die Höhe schießen.
Einige Wissenschaftler glauben, Vulkane könnten sich im Einklang mit den bekannten Milankovitch-Zyklen verhalten - indem sie Änderungen in der Form der Erdumlaufbahn und der Neigung und Richtung der Achse unserer Welt wiederholen -, um plötzlich schaukelnde Hitze- und Kälteperioden zu erzeugen. Der Hauptzyklus besteht aus 100.000 Jahren, in denen sich die Umlaufbahn des Planeten um die Sonne von einem mehr oder weniger jährlichen Kreis in eine Ellipse verwandelt, die ihn jährlich näher oder weiter von der Sonne entfernt.
Die letzten Eiszeiten scheinen sich während des größten Teils dieses 100.000-jährigen Zyklus zu häufen. aber dann wärmen sich die Dinge plötzlich in der Nähe der höchsten Exzentrizität der Umlaufbahn wieder auf. Die Ursachen sind nicht klar.
Betreten Sie Vulkane. Forscher haben vorgeschlagen, dass sich mit dem Aufbau von Eiskappen an Land auch der Druck auf die darunter liegenden Vulkane erhöht und Ausbrüche unterdrückt werden. Aber wenn die Erwärmung irgendwie einsetzt und das Eis schmilzt, lässt der Druck nach und die Eruptionen steigen. Sie rülpsen CO2, das mehr Erwärmung erzeugt, das mehr Eis schmilzt und einen Selbsternährungseffekt erzeugt, der den Planeten plötzlich in eine warme Phase versetzt. In einer Studie der Harvard University aus dem Jahr 2009 heißt es, dass Landvulkane während der jüngsten Enteisung vor 12.000 bis 7.000 Jahren weltweit sechs- bis achtmal so stark angestiegen sind wie im Hintergrund. Die Konsequenz wäre, dass Unterwasservulkane das Gegenteil tun: Wenn sich die Erde abkühlt, kann der Meeresspiegel um 100 Meter fallen, weil so viel Wasser im Eis eingeschlossen wird. Dies entlastet die U-Boot-Vulkane und sie brechen weiter aus. Könnte das erhöhte CO2 aus Unterwassereruptionen irgendwann die Erwärmung auslösen, die das Eis schmilzt, das die Vulkane an Land bedeckt?
Das war ein Rätsel, zum Teil, weil Unterwasserausbrüche kaum zu beobachten sind. Tolstoy und andere Forscher konnten jedoch kürzlich 10 Orte für den Ausbruch von Unterseebooten mit Hilfe von neuen, empfindlichen seismischen Instrumenten genau überwachen. Sie haben auch neue hochauflösende Karten erstellt, die Umrisse vergangener Lavaströme zeigen. Tolstoy analysierte rund 25 Jahre seismische Daten von Gebirgskämmen im Pazifik, im Atlantik und in der Arktis sowie Karten der vergangenen Aktivitäten im Südpazifik.
Die langfristigen Eruptionsdaten, die sich über mehr als 700.000 Jahre erstreckten, zeigten, dass in den kältesten Zeiten, wenn der Meeresspiegel niedrig ist, der Unterwasservulkanismus ansteigt und sichtbare Hügelbänder erzeugt. Wenn sich die Dinge erwärmen und der Meeresspiegel auf ein Niveau ansteigt, das dem der Gegenwart ähnelt, bricht die Lava langsamer aus und bildet Bänder mit niedrigerer Topographie. Tolstoy führt dies nicht nur auf den unterschiedlichen Meeresspiegel zurück, sondern auch auf eng verwandte Veränderungen in der Erdumlaufbahn. Wenn die Umlaufbahn elliptischer ist, wird die Erde durch die Schwerkraft der Sonne mit einer schnell variierenden Geschwindigkeit, die sich täglich dreht, zusammengedrückt und auseinandergedrückt - ein Vorgang, der ihrer Meinung nach dazu tendiert, das Magma der Unterwasserwelt nach oben zu massieren und dabei zu helfen, die tektonischen Risse zu öffnen, die es herauslassen. Wenn die Umlaufbahn wie bisher ziemlich (wenn auch nicht vollständig) kreisförmig ist, wird der Quetsch- / Entquetscheffekt minimiert und es treten weniger Eruptionen auf.
Die Vorstellung, dass entfernte Gravitationskräfte den Vulkanismus beeinflussen, spiegelt sich in den Kurzzeitdaten wider, sagt Tolstoi. Sie sagt, die seismischen Daten legen nahe, dass Unterwasservulkane heutzutage hauptsächlich in Abständen von zwei Wochen zum Leben erweckt werden. Dies ist der Zeitplan, nach dem die kombinierte Schwerkraft von Mond und Sonne dazu führt, dass die Gezeiten der Ozeane ihre niedrigsten Punkte erreichen und die Vulkane darunter auf subtile Weise entlasten. Seismische Signale, die als Eruptionen interpretiert wurden, folgten an acht von neun Untersuchungsorten zweiwöchentlichen Ebben. Darüber hinaus stellte Tolstoi fest, dass alle bekannten modernen Ausbrüche von Januar bis Juni auftreten. Januar ist der Monat, in dem die Erde der Sonne am nächsten ist, Juli, in dem sie am weitesten entfernt ist - ein Zeitraum, der dem Quetsch- / Löscheffekt ähnelt, den Tolstoy in längerfristigen Zyklen sieht. Sie sagte:
Wenn Sie sich die heutigen Ausbrüche ansehen, reagieren Vulkane sogar auf viel kleinere Kräfte als diejenigen, die das Klima beeinflussen könnten.
Edward Baker, ein leitender Ozeanwissenschaftler bei der National Oceanic and Atmospheric Administration, sagte:
Die interessanteste Erkenntnis aus dieser Veröffentlichung ist, dass die feste Erde sowie Luft und Wasser alle als ein einziges System funktionieren.
Wechselnde Kämme und Täler, die durch Vulkanismus in der Nähe des East Pacific Rise, einem mittelozeanischen Kamm im Pazifischen Ozean, entstanden sind. Solche Formationen weisen nach der neuen Studie auf alte Hochs und Tiefs vulkanischer Aktivität hin. Bild über Haymon et al., NOAA-OE, WHOI
Magma aus Unterwassereruptionen formte sich auf dem Juan De Fuca Ridge vor dem Nordwesten des US-Pazifik zu Basaltkissen. Die neue Studie zeigt, dass solche Ausbrüche regelmäßig zunehmen und abnehmen. Bild über Deborah Kelley / Universität von Washington
Fazit: Eine Studie, die am 6. Februar 2015 in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Geophysikalische Forschungsbriefe deutet darauf hin, dass unterseeische Vulkanimpulse, die anscheinend an kurz- und langfristige Änderungen der Erdumlaufbahn und des Meeresspiegels gebunden sind, dazu beitragen könnten, natürliche Klimaschwankungen auszulösen.