Vor etwa 14.000 Jahren löste sich eine kilometerdicke Eiskappe vom Yellowstone-Plateau, und innerhalb von rund tausend Jahren riss der Boden in Mary Bay, Pocket Basin und Rush Lake auf. Es handelte sich dabei nicht um Lavaausbrüche, sondern um dampfgetriebene Explosionen, die durch die schlagartige Verdampfung von überhitztem Wasser unterirdisch und die Zersplitterung des darüber liegenden Gesteins entstanden.
Das Eis hatte dieses System zuvor zusammengehalten, da eine kilometerdicke Eiskappe mit enormem Gewicht auf das heiße Wasser und das darunter liegende Gestein drückt. Als dieses Gewicht plötzlich nachließ, sank der Druck, der das Wasser flüssig hielt, das Wasser verdampfte, und der expandierende Dampf sprengte die Erdkruste.
Die Datierungen dieser drei Explosionsorte, die mittels radiometrischer und Lumineszenzmethoden vorgenommen wurden, liegen alle innerhalb von tausend Jahren nach dem vollständigen Abschmelzen des Eises.
Derselbe Mechanismus liefert nun konkrete Zahlen für ein Gebiet mit weitaus mehr Eis und weitaus mehr Feuer als Yellowstone jemals besaß. Die im Januar 2025 in der Fachzeitschrift „Geochemistry, Geophysics, Geosystems“ veröffentlichten Ergebnisse untersuchen, wie der Eisverlust in der Westantarktis die darunterliegenden Vulkane verändert.
Mehr als 100 vulkanische Zentren liegen unter dem westantarktischen Eisschild, die meisten davon konzentriert entlang der Westküste innerhalb eines gedehnten, rissigen Krustengürtels, dem sogenannten Westantarktischen Riftsystem. An manchen Stellen liegt das Eis bis zu 1200 Meter unter dem Meeresspiegel, wodurch warmes Meerwasser eindringen und es von unten ausdünnen kann, während die Oberfläche von oben schmilzt.
Das Gewicht dieses Eises hat die darunterliegenden Magmakammern über Zehntausende von Jahren komprimiert und ruhig gehalten.
Das Modell, das diesen Zahlen zugrunde liegt, führte 4.000 separate Simulationen eines schrumpfenden Eisschildes durch. In jeder Simulation wurde der Druck auf die darunter liegenden Magmakammern um einen festgelegten Wert reduziert und das weitere Verhalten des Magmas verfolgt.
Mit dem Nachlassen des Drucks dehnte sich das komprimierte Magma aus, und darin gelöste Gase, hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid, traten aus und bildeten Blasen. Diese Blasen drückten gegen die Kammerwände, und ab einem bestimmten Schwellenwert brachen die Wände zusammen, sodass Magma herausströmte.
In allen 4.000 Simulationen führte ein schnellerer Eisverlust sowohl zu häufigeren als auch zu größeren Eruptionen, wobei der Effekt direkt proportional zur Geschwindigkeit des Eisverlusts war.
Ein Simulationslauf sticht durch die enorme Energiemenge hervor, die dabei freigesetzt wird. Als das Modell innerhalb von 300 Jahren einen Kilometer Eis von einer Kammer abtrug – ein Tempo, das für Teile der Westantarktis als moderat gilt –, gab diese einzelne Kammer jährlich bis zu 10 Billionen Joule Wärme ab.
Diese Wärmemenge reicht aus, um jährlich mehr als 3 Millionen Kubikmeter Eis zu schmelzen. Das Eis schmilzt dabei von unten, wo die Eisdecke auf das Gestein trifft. An der Basis geschmolzenes Eis fließt schneller und dünnt schneller aus als an der Oberfläche geschmolzenes Eis.
Der Ausbruch beschleunigt also genau den Eisverlust, der ihn ausgelöst hat. Jede Schmelzrunde entlastet mehr Kammern, weshalb die Simulation jeden Schmelzzyklus protokolliert, bei dem die jeweils nächste Gruppe von Kammern entlastet wird.
Die Entlastung ist kein zukünftiger Schalter, der nur darauf wartet, umgelegt zu werden. Das westantarktische Eis hat sich in den letzten Jahrzehnten bereits so weit ausgedünnt, dass die Druckänderung im System verankert ist.
Das Modell zeigt, dass selbst ein sofortiger Stopp der Erwärmung diese gespeicherte Veränderung noch Hunderte bis Tausende von Jahren antreiben würde. Die Erde hat dieses Experiment bereits in großem Maßstab durchlaufen. Als sich der patagonische Eisschild am Ende der letzten Eiszeit zurückzog, nahm die vulkanische Aktivität in den südlichen Anden zu, und auch in Island wurde ein ähnlicher Anstieg der Eruptionen verzeichnet, als sich das Eis nach dem letzten glazialen Maximum zurückzog.
In Island wirkte der Mechanismus noch einen Schritt tiefer als Dampf, denn die Entlastung des Eises führte dazu, dass Gestein in der Tiefe durch einfache Druckentlastung schmolz und so neues Magma entstand, anstatt nur das bereits vorhandene freizusetzen.
Eine separate Studie aus dem Jahr 2025 untersuchte sechs Vulkane in den chilenischen Anden und kam zum selben Ergebnis: Der Rückzug von Gletschern unter subglazialen Vulkanen erhöht die Wahrscheinlichkeit explosiver Ausbrüche. Dieses Muster beschränkt sich nicht auf eine Region, denn weltweit liegen Hunderte ruhender Vulkane unter Eis, von denen jeder ein Magmasystem beherbergt, das derzeit durch den Druck des darüber liegenden Gesteins zurückgehalten wird.
Die bei einem einzelnen Ausbruch freigesetzte Hitze schmilzt das umliegende Eis, und dieses Schmelzwasser schmiert die Basis des umgebenden Gletschers und beschleunigt dessen Rückzug. Dieser Rückzug senkt den Druck auf die nächste Magmakammer – ein Prozess, der sich quer durch ein ganzes Vulkangebiet zieht. Im chilenischen Fall wurde diese Kette direkt aus dem Gestein von sechs verschiedenen Vulkanen abgelesen.
Die Chronologie des Yellowstone-Vulkans ist detailliert genug, um den Zusammenhang direkt zu überprüfen. Seine Caldera entstand vor 631.000 Jahren, und die 28 Lavaausbrüche seither lassen sich in zwei Gruppen einteilen: eine zwischen etwa 580.000 und 250.000 Jahren vor heute und eine zweite von etwa 160.000 bis 70.000 Jahren vor heute.
Die beiden kartierten Vereisungen der Region, die Bull-Lake-Vereisung vor etwa 150.000 bis 140.000 Jahren und die Pinedale-Vereisung vor 22.000 bis 14.000 Jahren, fallen in die Zeiträume zwischen und nach diesen beiden Ausbruchsgruppen. Während der Pinedale-Vereisung ist kein einziger Lavaausbruch verzeichnet.
Das Magma liegt dort so tief, dass das Abtragen eines Kilometers Eis von der Oberfläche den Druck auf die Magmakammer nur geringfügig verändert. Ein flaches Heißwassersystem hingegen spürt dieselbe Gewichtsveränderung als einen großen Teil seiner Gesamtlast, weshalb die Dampfstöße dem Eis folgten und die Lava nicht.
Ein Detail verhindert einen eindeutigen Abschluss des Yellowstone-Falls. Ein Lavastrom auf dem Madison-Plateau, der auf etwa 110.000 Jahre vor unserer Zeitrechnung datiert wird, scheint auf stehendes Gletschereis gestoßen zu sein. Dieses Alter liegt jedoch weit außerhalb des bekannten Zeitraums für Eis auf diesem Plateau.
Die Diskrepanz zwischen dem Alter des Lavastroms und den kartierten Eisspuren konnte vor Ort nicht aufgeklärt werden. Es bleibt offen, ob dort ein lokales Eisfeld erhalten blieb oder ob der Lavastrom selbst komplexer ist, als seine Datierung vermuten lässt.
Dieser eine ungeklärte Lavastrom ändert jedoch nichts an der grundsätzlichen Diskrepanz zwischen einer Dampfexplosion, die innerhalb von tausend Jahren auf Eisverluste folgen kann, und einem Magmaausbruch, der laut den Yellowstone-Datierungen überhaupt nicht mit Eis in Verbindung steht.
Die Westantarktis ist derzeit von so viel Eis bedeckt, dass die unter ihren Vulkanen verborgenen Eismassen noch nicht eingetreten sind. Die einzige sichtbare Aktivität auf dem Kontinent ist der Mount Erebus, der südlichste aktive Vulkan, der im Rossmeer einen Lavasee speist. Der Rest der Westantarktis ist von so dickem Eis bedeckt, dass jegliche frühe Unruhe verdeckt wird.
Zudem gibt es kein dichtes Messnetz auf dem Eis, das einen subglazialen Ausbruch in den ersten Stunden erfassen könnte. Die bereits im System gespeicherte Druckänderung aufgrund des bisherigen Eisverlusts wird vom Modell als fix betrachtet und treibt die Eiskammern über Jahrhunderte an, unabhängig von der weiteren Erwärmung. Messbar ist heute die Rate des Eisverlusts selbst, die per Satellit über den westantarktischen Eisschild verfolgt wird. Diese Rate ist die einzige Eingangsgröße für das Ausbruchsmodell.
Die Aufzeichnungen des Yellowstone-Vulkans werden kontinuierlich vom Yellowstone Volcano Observatory überwacht, das permanent Bodenbewegungen, Gasaustritte und die Temperatur heißer Quellen in der Caldera erfasst. Der nächste Schritt in der Untersuchung der Westantarktis ist die Überprüfung des Modells vor Ort.
Dabei werden die simulierten Druckschwellenwerte mit der tatsächlichen Tiefe und dem Gasgehalt bestimmter Kammern unter dem Eis verglichen. Diese Überprüfung konnte bisher nicht im großen Maßstab durchgeführt werden, da das Erreichen dieser Kammern Bohrungen oder seismische Messungen durch mehr als einen Kilometer Eis erfordert.
Bis dahin gilt die bestätigte Datenlage: Ein Kilometer Eis löste sich vom Yellowstone-Vulkan, drei Stellen wurden innerhalb von tausend Jahren durch Eisexplosionen geöffnet, und derselbe Druckschalter befindet sich nun unter mehr als 100 Vulkanen im am schnellsten dünner werdenden Eis der Erde.
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