Modellierung der Größe, Geometrie und strukturellen Entwicklung der Magma-Speicherorte in einem vulkanischen Plumbing System mithilfe eines diffusionsbasierten physikalischen Modellierungs-Tool: eine Fallstudie am Vulkan Ätna (Italien) und Laacher See (Deutschland).

• Antragsteller: Dr. Smruti Sourav Rout
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461950822

Trotz moderner geophysikalischer Methoden können die drei wichtigen Aspekte Größe, Geometrie und strukturelle Entwicklung von Magmareservoirs auch heute nur in geringem Maße eingegrenzt werden. Diese Eingrenzungen sind aber essenziell, um Ausmaß und Verhalten der eruptionsfördernden Systeme unterhalb gefährlicher Vulkane vollständig zu verstehen. Wir werden daher (a) ein diffusionsbasiertes Tool entwickeln, um die physikalische Ausdehnung und Geometrie der einzelnen Magma-Speicherorte, aus denen ein vulkanisches Plumbing System besteht, näher einzugrenzen. Diese „physikalische Modellierung“ setzt voraus: (b) eine experimentelle Untersuchung des Verhaltens von Kristallen in einem Magma-Brei und (c) eine detaillierte Charakterisierung der individuellen Lagerorte im Hinblick auf Konnektivität, physikalische Konditionen und Lagerzeiten. Es werden Proben von zwei sehr unterschiedlichen Vulkanen – dem Ätna (Italien) und dem Laacher See (Deutschland) – untersucht. Zunächst wird die Diffusions- und thermische Modellierung mit den Ergebnissen der Experimente kombiniert, um verschiedene Formen und ihre Größen mit entsprechenden Temperatur-Zeit-Historien magmatischer Systeme zu katalogisieren. Verschiedene Lagerorte werden mithilfe moderner Methoden der Systemanalyse sowie der thermodynamischen und kinetischen Modellierung identifiziert und charakterisiert. Schließlich werden die Ergebnisse dieser Charakterisierung mit den kalibrierten Katalogen verglichen, um die beste passende Größe und Form für jeden der Lagerorte oder Umgebungen von Laacher See und Ätna zu finden. Das Projekt wird die erste Studie überhaupt sein, die die Größe und Struktur der Lagerorte innerhalb eines Vulkans – sowohl aktiv als auch ruhend – eingrenzt. Es wird ein neues und originelles diffusionsbasiertes Tool entstehen, das auf jeden anderen Vulkan angewendet werden kann. Die Anwendung dieses Tools wird die Datenlücken schließen, die im Hinblick auf strukturelle Veränderungen in Vulkanstudien bestehen und bei der Überwachung von Vulkanen erheblich unterstützen. Das Projekt kommt gerade zur rechten Zeit angesichts des akuten Beschädigungspotenzials des Ätna und der jüngsten Zeichen der Reaktivierung des Laacher Sees, einem in prähistorischer Zeit explosiven Vulkan. Die Ergebnisse des Ätna werden dem Ätna-Observatorium in Italien mitgeteilt. Eine Grundversion des Modells wurde bereits an einem kleinen Abschnitt des Laacher Sees erfolgreich vorab getestet. Dieser erfolgreiche Test und die Erfahrungen des Studienleiters in der Diffusionsmodellierung werden den Erfolg dieses Projekts sichern. Es handelt sich um das erste Postdoktorandenprojekt des Studienleiters und passt somit perfekt zu einem der Hauptziele der DFG, der frühen Karriereförderung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen