2020 – das Jahr der Eruptionen? Kosmische Strahlung und Vulkanausbrüche

Die Sonne ist wieder ohne Flecken.
Das wird den Puritanern in Thüringen gefallen, die so viel Wert auf Reinheit legen. Der letzte Sonnenfleck, letzter Rest von Sonnenzyklus 24, wurde vor sieben Tagen verabschiedet. Seitdem ist die Sonne wieder fleckenlos. Wir befinden uns in einem solaren Minimum. Das Royal Observatory of Belgium zählt seit Jahren die Sonnenflecken. Die aktuellen Abbildungen, die aufgrund dieser Zählung erstellt werden, sehen so aus:

Quelle; CC BY-NC

Sonnenflecken sind Regionen auf der Sonne, in denen des Magnetfeld der Sonne sehr stark ist. Ihre Anzahl ist ein guter Indikator, an dem sich bestimmen lässt, an welchem Punkt in ihrem 11-jährigen Zyklus sich die Sonne gerade befindet. Das solare Minimum zeichnet sich durch wenige Sonnenflecken aus, in der Regel keinen oder maximal 5. Im solaren Maximum beträgt die Anzahl der Sonnenflecken zuweilen mehr als 100. Mit der Anzahl der Sonnenflecken steigt auch die Stärke des Magnetfelds der Sonne, je mehr Sonnenflecken, desto stärker das Magnetfeld. Nun ist Sonnenzyklus nicht gleich Sonnenzyklus. Wie man oben sieht, variieren Sonnenzyklen erheblich. Von 1796 bis 1820 war z.B. eine besonders geringe Sonnenaktivität zu verzeichnen, das so genannte Dalton Minimum.

Mit der Intensität eines Sonnenzyklus variiert nicht nur die Stärke des solaren Magnetfelds, je schwächer das Magnetfeld der Sonne, desto mehr kosmische Strahlung von außerhalb des Sonnensystems kann die Erde penetrieren. Die Intensität der kosmischen Strahlung, die auf die Erde trifft, wird an der University of Oulu gemessen und dokumentiert. Hier die aktuellen Ergebnisse:

Die Intensität der kosmischen Strahlung, die auf der Erde auftrifft, ist in den letzten Jahren sukzessive gestiegen, wie man der unteren der drei Abbildungen entnehmen kann. Die Intensität der kosmischen Strahlung, die auf der Erde auftrifft, ist wiederum eine Funktion der Stärke des Magnetfelds der Sonne, da ein starkes solares Magnetfeld im Sonnenwind u.a. kosmische Strahlung aus unserer Galaxie fernhält. Treffen kosmische Strahlen in der oberen Atmosphäre der Erde auf Gasatome, also z.B. auf Stickstoff oder Sauerstoff, dann entstehen Myone, geladene Partikel mit einer erstaunlich hohen Energie, die sie in die Lage versetzt, durch Stahl, Beton und Boden weitgehend ungehindert zu passieren. Diese Eigenschaft hat die Aufmerksamkeit von Vulkanologen erregt, die zum einen versuchen, mit Myonen quasi Röntgenaufnahmen von Vulkanen zu erstellen, zum anderen mit Myonen gänzlich andere Konsequenzen verbinden.

Toshikazu Ebisuzakia,Hiroko Miyaharab, Ryuho Kataokaa, Tatsuhiko Satoc und Yasuhiro Ishimined haben 2011 einen wissenschaftlichen Beitrag in der Zeitschrift “Gondwana Research” (19(4): 1054–1061)” veröffentlicht, der den Titel “Explosive volcanic eruptions triggered by cosmic rays: Volcano as a bubble chamber” trägt. Darin haben die Autoren u.a. für Vulkane, deren Magma reich an Silikat ist, also für Stratovulkane (Schichtvulkane), untersucht, welchen Zusammenhang es zwischen ihrem Ausbruch und einer geringeren Sonnenaktivität gibt.

“Volcanoes with silica-rich and highly viscous magma tend to produce violent explosive eruptions that result in disasters in local communities and that strongly affect the global environment. We examined the timing of 11 eruptive events that produced silica-rich magma from four volcanoes in Japan (Mt. Fuji, Mt. Usu, Myojin-sho, and Satsuma-Iwo-jima) over the past 306 years (from AD 1700 to AD 2005). Nine of the 11 events occurred during inactive phases of solar magnetic activity (solar minimum), which is well indexed by the group sunspot number.”

Wie kommt man nun von einer geringen Sonnenaktivität zu einem Vulkanausbruch? Die Autoren stellen die Verbindung über Myonen her:

“The strong negative correlation observed between the timing of silica-rich eruptions and solar activity can be explained by variations in cosmic-ray flux arising from solar modulation. Because silica-rich magma has relatively high surface tension (~ 0.1 Nm−1), the homogeneous nucleation rate is so low that such magma exists in a highly supersaturated state without considerable exsolution, even when located relatively close to the surface, within the penetration range of cosmic-ray muons (1–10 GeV). These muons can contribute to nucleation in supersaturated magma, as documented by many authors studying a bubble chamber, via ionization loss. This radiation-induced nucleation can lead to the pre-eruptive exsolution of H2O in the silica-rich magma.”

Mit anderen Worten, mit der Anzahl der Myonen, die auf der Erde auftreffen, steigt nach Ansicht der Autoren die Wahrscheinlichkeit, dass sich in der silikatreichen Magma eines Vulkans Gasblasen bilden, die seine Eruption befördern können. Ein solcher Prozess hat nach Ansicht der Autoren zum Ausbruch von Mount Pinatubo (1991) geführt. Indizien für einen Zusammenhang zwischen einem solaren Minimum verstärktem Aufprall von Myonen auf der Erde und einem Vulkanausbruch, lassen sich auch in historischen Daten finden. Der Tambora, der 1815 in einer heftigen Eruption ausgebrochen ist, ist verantwortlich für das Jahr ohne Sommer (1816), und sein Ausbruch fällt in das Dalton Minimum. Insofern gäbe es bereits 11 Eruptionen, die mit der Theorie der Autoren kongruent sind.