Vor Jahrhunderten stürzte ein gewaltiger Fels- und Schlammstrom den Mount Rainier hinab. Wissenschaftler haben das Datum bestimmt, um die komplexen Bedrohungen des Vulkans besser zu verstehen

In einer kürzlich durchgeführten Studie datierten Forscher einen historischen Lahar namens „Electron Mudflow“ auf den Sommer 1507 und stellten damit eine Möglichkeit fest, wann vergangene geologische Ereignisse rund um den Puget Sound stattgefunden haben

In Schulen südlich von Seattle strömten im vergangenen April Tausende von Schülern und Mitarbeitern aus ihren Klassenzimmern und folgten den Evakuierungswegen in höher gelegene Gebiete. Ihre Gemeinden liegen im Schatten des Mount Rainier, eines eisbedeckten, aktiven Vulkans mit einer Höhe von mehr als 14.000 Fuß. Sie übten, was passieren würde, wenn ein tödlicher Strom aus Wasser und Geröll den Berg hinabstürzte, sodass ihnen nur 30 Minuten blieben, um sich in Sicherheit zu bringen.

Diese Art von katastrophalem Ereignis ist als Lahar bekannt, eine indonesische Bezeichnung für einen vulkanischen Schlammfluss. Wenn ein Vulkan ausbricht, kann die entstehende Lawine aus heißem Gestein schnell Eis zu Wasser schmelzen, das sich mit losem Vulkanschutt vermischt und bergab rollt. Wenn ein Lahar an Geschwindigkeit gewinnt, zerstört er Bäume und alles andere auf seinem Weg und verwandelt sich in einen aufgewühlten Fluss aus nasser, zementartiger Erde und Trümmern, der Täler von Wand zu Wand begräbt. Lahars gehen normalerweise mit Ausbrüchen einher und bieten den flussabwärts gelegenen Anwohnern einige Höhenmeter, aber Erdrutsche am Hang können plötzliche, „unbemerkte“ Lahars verursachen.

Aufgrund des vielen Schnees und Eises auf dem Mount Rainier sowie der Geologie des Berges ist der Vulkan besonders anfällig für Lahare. In den letzten 6.000 Jahren waren etwa 11 Lahare vom Gipfel aus groß genug, um mindestens 30 Meilen zurückzulegen. Obwohl Lahare nicht häufig vorkommen, sind sie im Laufe der geologischen Zeit unvermeidlich, und jetzt, da immer mehr Menschen und dauerhafte Bauwerke in Gefahr sind, wird es immer wahrscheinlicher, dass solche Episoden Zerstörung auslösen.

„Wenn man ‚Trümmerfluss‘ sagt, denkt der Durchschnittsmensch: ‚Das ist etwas, wo man einfach einen Frontlader reinbringen und die Straße säubern kann‘“, sagt Patrick Pringle, emeritierter Geologe am Centralia College. „Diese Ströme von Vulkanen sind sehr unterschiedlich. Sie können kolossal sein und einen enormen Auslauf haben.“

Der letzte große Mount-Rainier-Lahar, scheinbar ein unbemerkter Lahar, wurde vor Jahrhunderten von den Ureinwohnern des Puget-Tieflandes beobachtet, bevor die Region von Europäern kolonisiert wurde. Mündliche Überlieferungen des Puyallup-Stammes, die von Anthropologen des 20. Jahrhunderts transkribiert wurden, berichten von einer mit Trümmern gefüllten Überschwemmung, die das Tal entlang des Puyallup River in der Nähe des heutigen Orting, Washington, begrub.

Neben mündlichen Überlieferungen hinterlassen Lahare ihre Spuren in vergrabenen Wäldern und tiefen, deutlichen Schichten unsortierter Sedimente und Gesteine. Der verstorbene Geologe Rocky Crandell begann in den 1960er-Jahren mit der Kartierung von Lahar-Lagerstätten rund um den Mount Rainier und nannte diese jüngste Ablagerung „Electron Mudflow“, nach dem nahegelegenen Weiler Electron in Washington, der weniger als neun Meilen von Orting entfernt liegt.

Eine Gruppe von Wissenschaftlern untersuchte kürzlich Proben von Bäumen, die vom Elektronenschlammstrom verschüttet wurden, um das Datum bis hin zur Jahreszeit genau zu bestimmen. Dieses Datum könnte Forschern helfen, die mysteriöse Ursache dieses Lahar zu verstehen, und ihre Methodik könnte dabei helfen, genaue Daten anderer vergangener geologischer Ereignisse im pazifischen Nordwesten zu finden, wie zum Beispiel riesige Erdrutsche, die mit schwer fassbaren Erdbeben in Verbindung gebracht werden könnten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Februar-Ausgabe der Fachzeitschrift Geologie.

Pringle, einer der Autoren des neuen Papiers, begann vor vier Jahrzehnten mit der Untersuchung von Lahars. Er begann seine Karriere kurz nach dem Ausbruch des Mount St. Helens im Süden Washingtons im Mai 1980. Der Ausbruch löste katastrophale Lahare aus, die einen dicken Schlamm aus dem Krater des Vulkans in die umliegenden Flusstäler schleuderten und Häuser und Brücken zerstörten. Da der Mount St. Helens nur einer in einer Kette aktiver Vulkane ist, die den Rücken der Cascade Mountains hinaufziehen, veranlasste die Katastrophe weitere Untersuchungen zur Bedrohung durch Lahare in der Region.

Pringle hat sich eine Nische geschaffen, indem er sich andere Wälder angesehen hat, die von früheren Schlammflüssen verschüttet wurden – ironischerweise, sagt er, in Gebieten, in denen neue Entwicklungen im Gange waren. In den 1990er und 2000er Jahren trug er eine große Sammlung von Proben aus dem Electron Mudflow zusammen. Wenn der Grundstein für ein neues Wohnviertel, eine Tankstelle oder ein Schulgebäude rund um Orting gelegt wurde, tauchte Pringle oft mit seinen Bohrwerkzeugen, Kettensägen und Handsägen auf, um vergrabene Baumscheiben einzusammeln. Als die Teams in Ablagerungen des Lahar gruben, die zwischen 6 und 15 Fuß dick waren, stießen sie auf riesige, vergrabene Baumstümpfe abgebrochener Douglasien mit einer Breite von bis zu drei Metern – ein bautechnisches Ärgernis, aber ein wissenschaftlicher Schatz.

In einem Meer aus Gestein, Sedimenten und anderem anorganischem Material zeigten die aufgerauten Baumstämme und Baumstümpfe nicht nur die Gewalt vergangener Lahars, die extrem war. Sie boten den Forschern auch die Möglichkeit, bessere Daten für diese Ströme zu ermitteln.

Durch die Untersuchung von Gesteinsschichten, die Radiokarbondatierung des Holzes und die Untersuchung einiger Baumringaufzeichnungen konnten Forscher zuvor das Datum des Elektronenschlammstroms erraten. Crandell schätzte zunächst, dass es vor 600 Jahren den Berg hinuntergefegt sei, dann haben Pringle und andere Forscher das Datum näher an die Zeit vor 500 Jahren herangeführt. Dank neuer Baumringaufzeichnungen aus ähnlichen Höhenlagen im pazifischen Nordwesten ist es erst seit kurzem möglich, ein genaueres Datum zu ermitteln. Im Allgemeinen liefern Baumringe an Orten mit extremen Bedingungen mehr Informationen. In großen Höhen beispielsweise entstehen aufgrund kalter Winter und kurzer Vegetationsperioden häufig ausgeprägte Jahresringe. Aber Orting, wo die vergrabenen Waldproben gesammelt wurden, liegt nahe am Meeresspiegel.

„Für die Datierung von Baumringen wollen wir eine große Variabilität in der Ringbreite und Variabilität, die zwischen den Bäumen geteilt wird“, sagt Bryan Black, der Hauptautor der Studie und Baumringforscher an der University of Arizona. „Die Arbeit an Standorten in geringer Höhe ist eine Herausforderung. Den Bäumen geht es gut. Sie wachsen sehr regelmäßig, und ich denke, das ist zum Teil der Grund dafür, dass dieser Termin schon so lange bekannt war und noch nicht festgelegt war.“

Black gelang ein Durchbruch, als er und seine Kollegen Proben von Douglasien auf Vancouver Island analysierten – einige lebten fast 1.000 Jahre, bevor sie in den 1980er Jahren von einem Holzunternehmen gefällt wurden. Die Proben befinden sich jetzt in einer Sammlung der Columbia University. Die Wissenschaftler ermittelten das genaue Alter dieser Bäume und erstellten daraus eine Master-Chronologie bzw. eine Aufzeichnung, die weit verbreitete Klimaereignisse mit genauen Kalenderdaten verknüpfen kann.

Baumringaufzeichnungen werden manchmal mit Barcodes verglichen. Beispielsweise würde eine Reihe besonders nasser Winter im Puget Sound-Gebiet bei Bäumen auf Vancouver Island und in der Nähe des Puyallup River das gleiche ausgeprägte Muster von Jahresringen hinterlassen. Sobald die Forscher diese „Barcodes“ ausgerichtet haben – eine Technik, die „Wiggle Matching“ genannt wird – können sie die verbleibenden Ringe bis zur äußersten Rindenschicht zählen, um das genaue Jahr zu bestimmen, in dem ein Baum starb.

„Die Datierung war insofern subtil, als wir im Laufe der Jahre auch all diese Puzzleteile zu den richtigen Chronologien der richtigen Arten und der richtigen Höhen zusammensetzen mussten“, sagt Black. „Obwohl es subtil und herausfordernd war, erwies es sich als ein sehr überzeugendes Ergebnis.“

Die Wissenschaftler konnten den Elektronenschlammfluss auf den Spätsommer 1507 datieren. Während viele der Bäume durch den Lahar stark abgenutzt worden waren, waren bei einigen noch die äußeren Schichten auf der bergab gelegenen Seite ihrer Stämme erhalten, was den Forschern Einblick in die Jahreszeit gab, in der der Lahar auftrat. „Wir konnten erkennen, dass es zum Zeitpunkt seiner Tötung sein Frühjahrswachstum, das sogenannte Frühholz, abgeschlossen hatte und mit seinem Sommerwachstum, dem Spätholz, begonnen hatte“, sagt Black.

Obwohl es den Autoren der Studie nicht darum ging, die Ursache des Elektronenschlammstroms herauszufinden, könnten das genauere Datum und die genauere Jahreszeit einige neue Hinweise auf die Ursache des Ereignisses liefern. Andere Lahare wurden mit Vulkanausbrüchen in Verbindung gebracht, aber bisher wurde keine Ascheschicht gefunden, die einem Ausbruch am Mount Rainier im Jahr 1507 entsprechen würde. Und Erdrutsche treten häufiger im Winter auf, wenn die Region von bodenauflockernden Regenfällen überschwemmt wird. Die Sommer in der Region sind normalerweise trocken.

„Die Kenntnis der Saisonalität des Elektronenschlammstroms – im Sommer – hilft uns irgendwie herauszufinden, was er nicht ist“, sagt Pringle. „Es scheint kein großes Regenschauerereignis zu sein.“

Die Geologie des Mount Rainier bietet zusätzliche Hinweise. Heiße, saure Flüssigkeiten fressen sich durch das Gestein des Vulkans und zerlegen es in Ton – die kleinsten, am längsten abgenutzten Partikel im Boden. Aber dieses Material ist nicht besonders gut geeignet, einen Berggipfel zusammenzuhalten. „Ton ist sehr rutschig. Er hält nicht viel Reibung stand, was einen Sedimenthaufen instabil macht“, sagt Pringle.

Das Material, das während des Lahar im Jahr 1507 den Berg hinunterfloss, war reich an Ton, was darauf hindeutet, dass der Schlammfluss durch schmelzendes Eis verursacht wurde, das über lange Zeiträume das Grundwasser im Vulkan sättigte.

„Der Mount Rainier ist ein großer Haufen verrotteten Vulkangesteins mit einem Eiswürfel auf der Oberseite, der von unten erhitzt wird. Das ist ein Rezept dafür, hin und wieder Schlammströme auszulösen“, sagt David Montgomery, ein Geologe an der University of Washington, der nicht an der Studie beteiligt war. Diese Erklärung scheint auch mit der Zeitachse der Forscher übereinzustimmen: „Die großen, tiefliegenden Erdrutsche, die durch Grundwasser gespeist werden, werden im Frühjahr oder Sommer passieren“, fügt er hinzu.

Mit einem genauen Datum des Elektronenschlammflusses können Wissenschaftler auch alle Proben vergrabener Bäume verwenden, um andere geologische Phänomene, die in niedrigen Höhenlagen der Region aufgetreten sind, kreuzdatieren zu lassen. Laut Black verfügt das Team nun über eine wirklich gut reproduzierte Chronologie, die 400 Jahre zurückreicht, beginnend mit dem Ereignis im Jahr 1507, das den Wissenschaftlern für niedrige Höhenlagen in der Region entgangen war.

„Das gibt uns eine wirklich aussagekräftige Chronologie aus niedriger Höhe, mit der wir andere Ereignisse in diesem Zeitraum datieren können“, sagt Black. Er fügt hinzu, dass sie ihre Aufmerksamkeit auf den Bonneville-Erdrutsch richten, der möglicherweise durch ein Erdbeben ausgelöst wurde und so groß war, dass er irgendwann im 15. Jahrhundert den Columbia River aufstaute.

Montgomery ist zuversichtlich, dass dieser neue Termin für den Electron Mudflow zu mehr Anerkennung für die Bedrohung durch Lahare führen könnte. „Die Tatsache, dass sie tatsächlich nicht nur ein Datum, sondern auch eine wahrscheinliche Jahreszeit angeben konnten, ist so cool – das können wir in der Geologie nie sagen“, sagt er. „Es kann dazu führen, dass die Menschen der Möglichkeit, dass diese Dinge in der Zukunft passieren, mehr Aufmerksamkeit schenken. Es macht es viel konkreter und etwas weniger geologisch abstrakt.“

Die Landschaft rund um den Mount Rainier ist inzwischen stark erschlossen, ganze Städte liegen auf den Sedimenten vergangener Lahars und benötigen Evakuierungspläne für den Fall, dass es erneut zuschlägt. Die Übung, die im April in den örtlichen Schulbezirken stattfand, war die größte ihrer Art weltweit. Pringle sagt, dass die Kenntnis der genauen Daten von Laharen und damit ihrer Häufigkeit in der Vergangenheit die langfristigen Prognosen beeinflussen kann, die Geologen erstellen, um zu verstehen, wann das nächste Ereignis wahrscheinlich eintreten wird. Wichtig ist jedoch, dass es sich bei diesen Prognosen nicht um exakte Vorhersagen handelt, was es schwierig machen kann, die Bedrohung durch solche Ereignisse der Öffentlichkeit mitzuteilen.

„Es gibt einen institutionellen Gedächtnisverlust an diese Dinge“, sagt Pringle, während frühere Ereignisse in die Geschichte eingehen. „Dinge, die über einen längeren Zeitraum passieren, sind schwieriger ernst zu nehmen, weil die Leute es vergessen.“