Kampanischer Ignimbrit

Der trachytische Kampanische Ignimbrit wurde im Verlauf einer vulkanischen Supereruption vor rund 39.250 Jahren in Süditalien abgelagert. Die gewaltigen Umweltschäden haben möglicherweise die Verdrängung des Neanderthalers durch den anatomisch modernen Menschen beschleunigt.

Bezeichnung

Der Kampanische Ignimbrit, abgekürzt KI, engl. Campanian Ignimbrite (CI), wurde nach seiner eponymen Typusregion Kampanien benannt. Der Ignimbrit (Feuerregen), ital. Tufo Grigio Campano, ist auch als Y5-Tephra bekannt.

Charakterisierung

Der Auswurf des Kampanischen Ignimbrits war zweifacher Natur. Er begann als eine Plinianische Eruption, deren 37 bis 40 Kilometer hohe Eruptionssäule weit in die Stratosphäre reichte. Der Zusammenbruch dieser Säule löste anschließend riesige pyroklastische Dichteströmungen aus,[1] welche als Ignimbrit abgelagert wurden. Die in die Stratosphäre gelangte vulkanische Asche ging auf Entfernungen von über 1000 Kilometern als Tephra nieder (Koignimbrit-Phase).

Ausbruchsherd und Verbreitungsgebiet

Der Ausbruchsherd für das Kampanische Ignimbrit ist in den Phlegräischen Feldern zu suchen, die genaue Lokalisation des sogenannten Archiphlegraeo-Vulkans ist aber nach wie vor noch nicht erfolgt, er wird aber aufgrund von gefügekundlichen AMS-Messungen in der Bucht von Pozzuoli vermutet. Die pyroklastischen Dichteströme erreichten Entfernungen von über 70 Kilometer vom Ausbruchsherd. Topographische Hindernisse bis 1000 Meter Höhe wurden hierbei überwunden.[2] Im Norden überfuhren sie den Monte Massico und breiteten sich bis 10 Kilometer nördlich vom Roccamonfina-Vulkan aus. Zum Apennin nach Osten wurde Mirabella Eclano erreicht. Nach Süden wurde der Golf von Neapel überquert und die absperrende Halbinsel von Sorrent überwunden, wie Ablagerungen auf der abgelegenen Seite der Halbinsel zeigen. Die Dichteströme bedeckten insgesamt eine Fläche von weit mehr als 1500 Quadratkilometer,[3] es existieren aber auch Abschätzungen bis zu 30.000 Quadratkilometer.

Die ausgeworfene Tephra bedeckte eine Fläche von 2 bis 4 Millionen Quadratkilometern[4] und erreichte die Kyrenaika (Haua Fteah) und den Norden Ägyptens, überzog Syrien, die Türkei, Georgien, den Süden Russlands und Kasachstan, während die weiter westwärts gelegene Nordküste Marokkos (Taforalt, Rhafas und Dar es-Soltane 1) nur Tephra von den Azoren aufweist.[5] Ihre Nordgrenze verlief über Montenegro, Albanien, Mazedonien, Rumänien, Moldawien und die Ukraine bis nach Südrussland. Die Aschen wurden anfangs in Südostrichtung, später jedoch vorwiegend nach Nordost in der Stratosphäre verdriftet. Die Tephra konnte anhand von Bohrkernen im marinen Bereich, in Seen und in Mooren nachgewiesen werden. Auf dem Festland wurde sie vorwiegend in Lössen eingebettet angetroffen, beispielsweise in Urluia, Rumänien[6], sie findet sich aber auch an archäologischen Freiland- und Höhlenfundstätten (wie z. B. in Crvena Stijena in Montenegro[7]).

Die durch die Entleerung der Magmakammer entstandene Caldera war nicht kreisförmig, sie entstand vielmehr durch die in etwa rechtwinklige Überlagerung zweier ovaler Einbruchsstrukturen (18 × 11 sowie 20 × 10 Kilometer). Sie erstreckte sich vom Capo Miseno und Cuma am Tyrrhenischen Meer zur Ebene von Quarto und zum Camaldoli-Hügel; sie umfasste die gesamte Bucht von Pozzuoli, und ihr östlicher Seitenableger erreichte entlang einer NNO-streichenden Verwerfung gar Neapel. Ungefähr die Hälfte der Caldera liegt heute unter dem Meeresspiegel.

Intensität

Der Ausbruch des Kampanischen Ignimbrits, eine Super-Eruption,[8] war in den letzten 200.000 Jahren der stärkste Vulkanausbruch des mediterranen Europas.[9] Auf dem Vulkanexplosivitätsindex erreichte sie VEI 7, stärker als die Tambora-Eruption von 1815. Das Ausbruchsvolumen wird auf 250 bis 300 Kubikkilometer Tephra und 180 bis 380 Kubikkilometer Ignimbrit geschätzt, d. h. ein Gesamtvolumen von 430 bis 680 Kubikkilometer vulkanischen Materials[10].

Datierung

Die Eruption des Kampanischen Ignimbrits wurde anhand von proximalen Ignimbriten mittels der ⁴⁰Ar/³⁹Ar-Methode auf 39.280 ± 110 Jahre BP[11] und mithilfe der ABOx-SC Methode auf 39.230 ± 45 Jahre[12] datiert. Sie ereignete sich somit im Huneborg-Stadial des Marinen Isotopenstadiums MIS 3, unmittelbar nach dem Heinrich-Ereignis H4.[13] Im Eisbohrkern von GISP2 hinterließ sie eine deutliche Sulfatanomalie von 375 ppb, deren Alter mit 40.120 Jahren BP bestimmt werden konnte.[14]

Stratigraphie

Die vulkanischen Aktivitäten in Kampanien reichen bis mindestens 315.000 Jahre BP zurück,[15] möglicherweise auch bis rund 2 Millionen Jahre.[16] Dem Ausbruch des Kampanischen Ignimbrits waren ab 60.000 Jahre BP 11 explosive und 5 effusive Eruptionen vorausgegangen, welche aber in ihrer Intensität bei weitem hinter dem Kampanischen Ignimbrit zurückblieben. Erwähnenswerte Vorläufer sind der Cuma-Lavadom (37.000 Jahre BP),[17] die Tuffe der Tufi di Torre Franco-Formation (42.000 Jahre BP),[18] der Punta Marmolite-Lavadom (47.000 Jahre BP) und der San Martino-Lavadom (77.000 Jahre BP).[19] Nach Ablagerung des Kampanischen Ignimbrits folgten 9 kleinere explosive Ausbrüche, bis es um 15.000 BP zum Ausbruch des Gelben Neapolitanischen Tuffs kam, dem zweitgrößten explosiven Ereignis in den Phlegräischen Feldern.

Der interne stratigraphische Aufbau des Kampanischen Ignimbrits ist abhängig von der Entfernung zum Ausbruchsort. Die proximale Fazies lässt sich wie folgt gliedern (vom Hangenden zum Liegenden):

Brekzia Museo-Formation
Piperno-Einheit
Torrefranco-Tuffe

Die mediale Fazies zeigt folgenden Aufbau:

CPF-Formation (Coarse Pumice Formation)
LYT-Formation (Layered Yellow Tuff)
Übergangszone
WGI-Formation (Welded Grey Ignimbrite)
USAF-Formation (Underlying Sand & Ash Formation)

Distal kam nur noch eine geschichtete Aschenlage zur Ablagerung, die vorwiegend in Osteuropa niederging.

Die 50 Meter mächtigen Torrefranco-Tuffe bestehen aus einer Wechsellagerung von Bims und Scoria. In sie eingeschaltet sind Paläoböden; einzelne Aschenlagen zeigen Schrägschichtung.[20] Die Piperno-Einheit besteht aus Wechsellagen von Asche und gestauchter Scoria (sogenannte Fiammae mit typisch eutaxitischem Gefüge) sowie einer groben Brekzie aus grauen Lavabruchstücken.[21] Die Brekzia Museo-Formation kann in sechs Einheiten unterteilt werden; sie besteht aus einer groben, unverschweißten Gesteinsbrekzie (mit bis zu metergroßen Lavablöcken unterschiedlicher Zusammensetzung und teils hydrothermal verändert) und verschweißten Piperno-Aschenlagen.[22]

Die mediale Fazies beginnt mit der nur wenige Dezimeter mächtigen USAF-Formation, zusammengesetzt aus geschichteter, glasreicher, vulkanischer Asche und Sanden. Darüber legt sich die WGI-Formation, bestehend aus geschichteten, plinianischen Bimsen und einem grauen, verschweißten Ignimbrit.[23] Sie wurde bei 800 °C abgelagert und folglich intensiv verschweißt, sekundär kam es zur autigenen Feldspatneubildung. Nach einer Übergangszone folgt die LYT-Formation, ein geschichteter, gelblicher Tuff. Er wurde unterhalb von 400 °C abgelagert und durch Wasserinfiltration zeolithisiert. Die Serie schließt mit der CPF-Formation, einer nur 2 Meter mächtigen, groben Bimslage in Aschenmatrix.

Chemische Zusammensetzung

Der Kampanische Ignimbrit besitzt eine trachytische bis trachyphonolithische Zusammensetzung mit einem SiO₂-Gehalt, der zwischen 58 und 64 Gewichtsprozent schwankt. Das kalibetonte Magma (6,5 bis 9,5 Gew. % K₂O) hatte mit 9 bis 15 Gewichtsprozent insgesamt einen sehr hohen Gehalt an Alkalien Na₂O und K₂O.[24]

Einzelnachweise

S. Wulf u. a.: Tephrochronology of the 100 ka lacustrine sediment record of Lago Grande di Monticchio (southern Italy). In: Quat. Int. 122, Nr. 1, 2004, S. 7–30, doi:10.1016/j.quaint.2004.01.028.
M. Ort u. a.: Emplacement processes in a far-traveled dilute pyroclastic current: anisotropy of magnetic susceptibility studies of the Campanian Ignimbrite. In: Bulletin of Volcanology. Band 65, 2003, S. 55–72.
M. Rosi u. a.: Plinian pumice fall deposit of the Campanian Ignimbrite eruption (Phlegrean Fields, Italy). In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 91, 1999, S. 179–198.
B. Giaccio u. a.: The Campanian Ignimbrite and Codola tephra layers: Two temporal/stratigraphic markers for the Early Upper Palaeolithic in southern Italy and Eastern Europe. In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 177, 2008, S. 208–226.
R. N. E. Barton, C. S. Lane, P. G. Albert, D. White, S. N. Collcutt, A. Bouzouggar, P. Ditchfield, L. Farr, A. Oh, L. Ottolini, V. C. Smith, P. Van Peer, K. Kindermann: The role of cryptotephra in refining the chronology of Late Pleistocene human evolution and cultural change in North Africa. In: Quaternary Science Reviews, Band 118, 2015, S. 151–169.
K. E. Fitzsimmons u. a.: The Campanian Ignimbrite Eruption: New Data on Volcanic Ash Dispersal and Its Potential Impact on Human Evolution. In: PLoS ONE. 8(6):e65839, 2013, S. 1–13, doi:10.1371/journal.pone.0065839.
M. W. Morley, J. C. Woodward: The Campanian Ignimbrite (Y5) tephra at Crvena Stijena Rockshelter, Montenegro. In: Quaternary Research. Band 75, 2011, S. 683–696.
S. Sparks u. a.: Supereruptions: global effects and future threats. In: Report of a Geological Society of London Working Group. 2005.
Clive Oppenheimer, David Pyle: Volcanoes. Hrsg.: Jamie Woodward: The Physical Geography of the Mediterranean. Oxford University Press, Oxford 2009, S. 435–468.
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L. Pappalardo u. a.: Timing of magma extraction during the Campanian Ignimbrite eruption (Campi Flegrei Caldera). In: J. Volcanol. Geotherm. Res. Band 114, 2002, S. 479–497.

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[1] S. Wulf u. a.: Tephrochronology of the 100 ka lacustrine sediment record of Lago Grande di Monticchio (southern Italy). In: Quat. Int. 122, Nr. 1, 2004, S. 7–30, doi:10.1016/j.quaint.2004.01.028.

[2] M. Ort u. a.: Emplacement processes in a far-traveled dilute pyroclastic current: anisotropy of magnetic susceptibility studies of the Campanian Ignimbrite. In: Bulletin of Volcanology. Band 65, 2003, S. 55–72.

[3] M. Rosi u. a.: Plinian pumice fall deposit of the Campanian Ignimbrite eruption (Phlegrean Fields, Italy). In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 91, 1999, S. 179–198.

[4] B. Giaccio u. a.: The Campanian Ignimbrite and Codola tephra layers: Two temporal/stratigraphic markers for the Early Upper Palaeolithic in southern Italy and Eastern Europe. In: Journal of Volcanology and Geothermal Research. Band 177, 2008, S. 208–226.

[5] R. N. E. Barton, C. S. Lane, P. G. Albert, D. White, S. N. Collcutt, A. Bouzouggar, P. Ditchfield, L. Farr, A. Oh, L. Ottolini, V. C. Smith, P. Van Peer, K. Kindermann: The role of cryptotephra in refining the chronology of Late Pleistocene human evolution and cultural change in North Africa. In: Quaternary Science Reviews, Band 118, 2015, S. 151–169.

[6] K. E. Fitzsimmons u. a.: The Campanian Ignimbrite Eruption: New Data on Volcanic Ash Dispersal and Its Potential Impact on Human Evolution. In: PLoS ONE. 8(6):e65839, 2013, S. 1–13, doi:10.1371/journal.pone.0065839.

[7] M. W. Morley, J. C. Woodward: The Campanian Ignimbrite (Y5) tephra at Crvena Stijena Rockshelter, Montenegro. In: Quaternary Research. Band 75, 2011, S. 683–696.

[8] S. Sparks u. a.: Supereruptions: global effects and future threats. In: Report of a Geological Society of London Working Group. 2005.

[9] Clive Oppenheimer, David Pyle: Volcanoes. Hrsg.: Jamie Woodward: The Physical Geography of the Mediterranean. Oxford University Press, Oxford 2009, S. 435–468.

[10] A. Costa u. a.: Quantifying volcanic ash dispersal and impact of the Campanian Ignimbrite super-eruption. In: Geophysical Research Letters. 39, L 10310, 2012, S. 1–5, doi:10.1029/2012GL051605.

[11] B. De Vivo u. a.: New constraints on the pyroclastic eruptive history of the Campanian volcanic Plain (Italy). In: Mineralogy and Petrology. Band 73, 2001, S. 47–65.

[12] R. E. Wood, K. Douka, P. Boscato, P. Haesaerts, A. Sinitsyn, T. F. G. Higham: Testing the ABOx-SC method: Dating known-age charcoals associated with the Campanian Ignimbrite. In: Quaternary Geochronology, Band 9, 2012, S. 16–26, doi:10.1016/j.quageo.2012.02.003.

[13] K. K. Andersen, u. a.: The Greenland Ice Core Chronology 2005, 15–42 ka. Part 1: constructing the time scale. In: Quat Sci Rev. Band 25, 2006, S. 3246–3257.

[14] F. Fedele u. a.: The Campanian Ignimbrite factor: towards a reappraisal of the Middle to Upper Palaeolithic ‘transition’. In: J. Grattan, R. Torrence: Living Under the Shadow: the Cultural Impacts of Volcanic Eruptions (Hrsg.): One World Archaeology. Band 53. Left Coast Press, California, 2007, S. 19–41.

[15] B. De Vivo u. a.: New constraints on the pyroclastic eruptive history of the Campanian Volcanic Plain (Italy). In: Mineralogy and Petrology. Band 73, 2001, S. 47–65, doi:10.1007/s007100170010.

[16] P. Di Girolamo u. a.: The calcalkaline rocks of the Campanian Plain new mineral chemical data and possibile links with the acidic rocks of the Pontine Islands. In: Periodico di Mineralogia. Band 65, 1996, S. 305–316.

[17] C. Cassignol, P. Y. Gillot: Range and effectiveness of unspiked potassium-argon dating: experimental ground work and application. Hrsg.: G. S. Odin: Numerical dating in stratigraphy. J. Wiley and Sons, New York 1982, S. 160–179.

[18] M. Alessio u. a.: University of Rome C-14 dates XII. In: Radiocarbon. Band 15, 1973, S. 165–178.

[19] L. Fedele u. a.: Note Illustrative della carta geologica d'Italia alla scala 1:50000 foglio 465 isola di Procida. Hrsg.: ISPRA Servizio geologico d'Italia. 2010.

[20] R. Scandone u. a.: The structure of the Campanian Plain and the activity of the Neopolitan volcanoes. In: J. of Volcanology and Geothermal Res. Band 48, 1991, S. 1–33.

[21] L. Fedele u. a.: The Breccia Museo formation, Campi Flegrei, southern Italy: geochronology, chemostratigraphy and relationship with the Campanian Ignimbrite eruption. In: Bulletin of Volcanology. Band 70, 2008, S. 1189–1219, doi:10.1007/s00445-008-0197-y.

[22] A. Perrotta u. a.: The Campi Flegrei caldera boundary in the city of Naples. In: B. De Vivo: Volcanism in the Campania Plain: Vesuvius, Campi Flegrei and Ignimbrites (Hrsg.): Developments in Volcanology. Band 9. Elsevier, Amsterdam, 2006, S. 85–96.

[23] P. Cappelletti u. a.: Post-eruptive processes in the Campanian Ignimbrite. In: Mineralogy and Petrology. Band 79, 2003, S. 79–97, doi:10.1007/s00710-003-0003-7.

[24] L. Pappalardo u. a.: Timing of magma extraction during the Campanian Ignimbrite eruption (Campi Flegrei Caldera). In: J. Volcanol. Geotherm. Res. Band 114, 2002, S. 479–497.