Vulkanismus des Mount Edziza Volcanic Complex

Überblick und geologischer Rahmen

Der Mount Edziza Volcanic Complex (MEVC) ist eine linear angeordnete, etwa 65 km lange und 20 km breite Vulkangruppe im nordwestlichen British Columbia in Kanada. Er gehört zur Northern Cordilleran Volcanic Province und entstand durch kontinentales Rifting, das mit veränderten Bewegungen der Nordamerikanischen und Pazifischen Platte zusammenhängt. Der Vulkanismus begann vor mindestens 7,4 Millionen Jahren und setzte sich bis vor weniger als 2.000 Jahren fort; der Komplex gilt daher als ruhend, nicht als erloschen.

Eine ungefähr 1.000 km² große vulkanische Hochebene bildet seine Basis. Sie umfasst etwa 665 km³ vulkanisches Material und gliedert sich von Norden nach Süden in Big Raven Plateau, Kitsu Plateau und Arctic Lake Plateau. Mehrere Schichtvulkane, Schildvulkane, subglaziale Vulkane, Lavadome und Schlackenkegel überragen das Plateau. Der höchste Zentralvulkan ist der 2786 m hohe Mount Edziza.

Kennzeichnend ist ein bimodaler Vulkanismus: Rund 60 % des ausgestoßenen Volumens bestehen aus mafischen, also kieselsäurearmen Alkalibasalten und Hawaiiten. Etwa 40 % entfallen auf felsische peralkaline Gesteine wie Trachyt, Comendit und Pantellerit. Diese entstanden durch lang andauernde fraktionierte Kristallisation, bei der sich die Zusammensetzung basaltischen Magmas während seiner Abkühlung in Magmakammern veränderte. Intermediäre Gesteine wie Benmoreit, Trachybasalt, Mugearit und Latit kommen nur in kleineren Mengen vor.

Eruptionsrate und fünf magmatische Zyklen

Die Entwicklung wird in fünf magmatische Zyklen gegliedert. Jeder begann mit der Effusion, also dem Ausfließen, von Alkalibasalt und gipfelte im Ausstoß felsischen Magmas. Zugleich produzierte jeder Zyklus weniger Material als der vorherige: ungefähr 290 km³ im ersten, 255 km³ im zweiten, 97 km³ im dritten und 15 km³ im vierten Zyklus; der fünfte lieferte bisher nur eine geringe Menge. Möglicherweise bilden der vierte und fünfte Abschnitt gemeinsam einen größeren, noch andauernden Zyklus.

Mit Beginn der Eruptionen vor mindestens 7,4 Millionen Jahren stieg die Magmaproduktion der Northern Cordilleran Volcanic Province von 100.000 auf 300.000 m³ pro Jahr. Vor 4 bis 3 Millionen Jahren folgte eine Ruhephase; danach lag die Rate wieder bei ungefähr 100.000 m³ pro Jahr. Für das Holozän, die letzten 11.000 Jahre, sind am MEVC mindestens 29 Eruptionen nachgewiesen. Das entspricht rechnerisch etwa einer Eruption alle 379 Jahre und macht den Komplex zum aktivsten eruptiven Zentrum Kanadas während des Holozäns.

Erster und zweiter Zyklus

Der erste Zyklus dauerte im Obermiozän von vor 7,5 bis 6 Millionen Jahren. Während der Raspberry-Periode entstand ab etwa 7,4 Millionen Jahren durch mindestens 25 rasch aufeinanderfolgende Lavaströme ein Schildvulkan. Er bedeckte mindestens 775 km², erreichte fast 2100 m Höhe und lagerte etwa 119 km³ Material ab. Lava blockierte die Entwässerung und staute den Raspberry Lake auf.

In der Little-Iskut-Periode ab 7,2 Millionen Jahren traf Magma auf das Wasser dieses Sees. Phreatische Explosionen, also durch schlagartig verdampfendes Wasser ausgelöste Explosionen, gingen dem Aufbau eines Lavadoms, einer Vulkaninsel und schließlich eines Schildvulkans voraus. Diese Periode erzeugte 14,6 km³ Material. Die Armadillo-Periode vor 7 bis 6 Millionen Jahren brachte Ascheströme, Bims, Trachyt- und Rhyolithdome hervor. Durch die Entleerung einer flachen Magmakammer entstand die 3 km breite Armadillo-Peak-Caldera. Mit 159 km³ ist die Armadillo-Formation die größte Formation des ersten Zyklus.

Der zweite Zyklus dauerte vor 6 bis 1 Million Jahren. In der Nido-Periode vor 6 bis 4 Millionen Jahren ergossen sich mobile Basaltlaven aus mindestens sechs Hauptvulkanen und zahlreichen kleineren Zentren. Sie bildeten ein nördliches und ein südliches Lavafeld, stauten Flüsse und Seen auf und lagerten 127 km³ Material ab.

Während der Spectrum-Periode vor 4 bis 2 Millionen Jahren bauten bis zu 150 m dicke und 13 km lange Rhyolithströme den mindestens 750 m mächtigen und mehr als 25 km breiten Spectrum Dome auf. Die spätere Entleerung der Magmakammer erzeugte eine 4,5 km breite Caldera. Insgesamt entstanden 118 km³ Material, davon mehr als 90 % als Lava.

Die Pyramid-Periode vor etwa 1,1 Millionen Jahren umfasste explosive Eruptionen, phreatische Explosionen und pyroklastische Surges, also bodennahe Ströme aus heißen Gasen und Gesteinspartikeln. Felsische Lava formte The Pyramid sowie Sphinx Dome und Pharaoh Dome. Letztere entstanden zumindest teilweise unter Gletschereis; der Pharaoh Dome wuchs als Nunatak über das Eis hinaus. Das Gesamtvolumen betrug nur 11,4 km³.

Dritter und vierter Zyklus

Der dritte Zyklus ereignete sich vor etwa 1 bis 0,8 Millionen Jahren. Zu Beginn der Ice-Peak-Periode bedeckte der Kordilleren-Eisschild den Komplex. Eruptionen unter und auf dem Eis erzeugten Schmelzwasserseen, Lahare, Tuffringe und besonders mächtige, durch Eis begrenzte Lavaströme. Der Ice Peak entstand als Schichtvulkan aus Basalt und ungewöhnlich großen Mengen intermediärer Gesteine; seine Formation umfasst 76,7 km³. Kalium-Argon-Datierungen von etwa 1,5 Millionen Jahren gelten wegen eines sehr hohen Argongehalts als unzuverlässig; das wahre Alter wird auf ungefähr eine Million Jahre geschätzt.

In der Pillow-Ridge-Periode drang Basalt unter den Eisschild ein. Abgeschreckte Lava baute einen 300 bis 930 m mächtigen Kissenlava-Hügel und anschließend einen Tuff-Brekzienkegel auf. Auch die Tsekone Ridge entstand subglazial. Mit 2,9 km³ war dies die kleinste Formation des dritten Zyklus; ihre Gesteine sind etwa 0,9 bis 0,8 Millionen Jahre alt. Danach schufen viskose Trachytströme den Schichtvulkan Mount Edziza. Der Zusammenbruch seines ursprünglichen, mindestens 610 m höheren Gipfels hinterließ einen Krater von 2 km Durchmesser. Die Edziza-Formation umfasst 18 km³.

Der vierte Zyklus dauerte vor 0,8 bis 0,2 Millionen Jahren. Die Arctic-Lake-Periode vor 0,71 Millionen Jahren erzeugte mindestens sieben Basaltvulkane, teils an der Oberfläche und teils unter Eis; ihr Volumen betrug 2 km³. In der Klastline-Periode vor etwa 0,62 Millionen Jahren flossen massive Basaltströme durch die Täler von Kakiddi Creek und Klastline River bis zum Stikine River. Die Lava erreichte über 83 km Entfernung vom MEVC, staute zeitweise Flüsse und hinterließ 5,4 km³ Material. Die Kakiddi-Periode vor etwa 0,3 Millionen Jahren erzeugte unter anderem einen fast 1 km breiten, 60 bis 90 m dicken und 7 km langen Trachytstrom. Sie lieferte 8,3 km³ Material und war vermutlich sehr kurz; Datierungen deuten außerdem eine mögliche zeitliche Überschneidung mit der Klastline-Periode an.

Jüngster Vulkanismus und Nutzung

Der fünfte Zyklus begann vor mindestens 20.000 Jahren und könnte noch andauern. Seine Big-Raven-Formation besteht überwiegend aus Alkalibasalt und Hawaiit sowie kleineren Mengen comenditischen Trachyts. Mindestens 29 Eruptionen erzeugten subglaziale Vulkane, Schlackenkegel und Lavafelder über die gesamte Länge des Komplexes. Insgesamt wurden mindestens 1,7 km³ Material abgelagert.

Im Snowshoe Lava Field entstanden zunächst subglaziale Vulkane wie der Tennena Cone. Nach dem Eisrückzug bildeten Lavafontänen unter anderem Cocoa Crater, Coffee Crater und Keda Cone. Das Desolation Lava Field umfasst zahlreiche Schlackenkegel und mehr als 10 km lange Lavaströme; Lava staute zeitweise Kakiddi Creek, Klastline River und Buckley Lake. Konservierte Weidenzweige aus Auswurfmaterial des Williams Cone wurden auf 610 u. Z. ± 150 Jahre datiert. Der Kana Cone veränderte durch einen Lavadamm das Flussbett des Klastline River dauerhaft. Am Mess-Lake-Lavafeld könnte The Ash Pit die jüngste Eruption des MEVC verursacht haben.

Eine besondere explosive Eruption mit einem Vulkanexplosivitätsindex VEI 3 lagerte auf etwa 40 km² trachytischen Bims des Sheep Track Member ab. Eine Spaltspurdatierung ordnet sie den vergangenen 7.000 Jahren zu; als wahrscheinlichstes Datum gilt 950 u. Z. Die jüngste Eruption des gesamten Komplexes könnte vor 450 bis 160 Jahren stattgefunden haben, ihr genaues Alter ist jedoch unbekannt. Auch die zwei jeweils 5 bis 10 mm dicken Finlay-Tephraschichten könnten vom MEVC stammen; als andere Quellen kommen Hoodoo Mountain, Heart Peaks und Level Mountain infrage.

Der Vulkanismus produzierte mindestens zehn Obsidianströme. Indigene Völker fertigten daraus Pfeilspitzen und Messerschneiden. Der Obsidian wurde bis nach Alaska, Yukon, West-Alberta und an die Küste British Columbias gehandelt und ist über mehr als 2.200.000 km² verbreitet. Ein Fund aus Hidden Falls in Alaska wurde auf 10.000 Jahre datiert.

Eisgeschichte und künftige Gefahren

Die Ablagerungen des MEVC sind wichtige Zeugnisse früherer Vereisungen. Die 4,4 Millionen Jahre alte Nido-Formation enthält die ältesten dort dokumentierten Hinweise auf Eis. Diamiktite, also schlecht sortierte glaziale Sedimente, zwischen Lavaströmen der etwa eine Million Jahre alten Ice-Peak-Formation belegen eine frühpleistozäne Vereisung. Form und Mächtigkeit von Ornostay Bluff und Triangle Dome zeigen, dass bei ihren Eruptionen mindestens 225 m Gletschereis über dem Gebiet lagen. Sediment unter einem etwa 0,3 Millionen Jahre alten Klastline-Basaltstrom wird der mittelpleistozänen Sauerstoff-Isotopenstufe 10 zugeordnet.

Künftige Eruptionen können nicht ausgeschlossen werden. Wahrscheinlich würden sie früheren Ereignissen ähneln: Effusive Eruptionen könnten lokale Flüsse durch Lavaströme aufstauen; explosive Eruptionen könnten Asche und Eruptionssäulen über Tausende Kilometer verbreiten und den Luftverkehr in Nordwest-Kanada beeinträchtigen. Da der Komplex eine ungefähr 70 km² große Eiskappe trägt, ist auch Glaziovulkanismus möglich, bei dem Magma mit Eis und Schmelzwasser reagiert.