Südlich von Japan liegt eine Vulkanstruktur, die vor rund 7.300 Jahren den größten Ausbruch der jüngeren Erdgeschichte verursachte und heute fast vollständig unter dem Meer verborgen ist. Messungen zeigen nun, dass sich unter der Kikai-Caldera erneut ein Reservoir aus geschmolzenem Gestein sammelt, und zwar überraschend dicht unter dem Meeresboden. Die Forscher betonen zugleich, was ihre Daten nicht bedeuten.
Eine Caldera entsteht, wenn ein Vulkan bei einem gewaltigen Ausbruch so viel Magma ausstößt, dass die darüberliegende Gesteinsdecke in den entleerten Hohlraum einbricht. Zurück bleibt kein spitzer Kegel, sondern ein weiter, flacher Kessel, oft mehrere Kilometer im Durchmesser. Die bekanntesten Beispiele sind die Yellowstone-Caldera in den USA und die Toba-Caldera auf Sumatra, deren Ausbrüche das globale Klima veränderten. Zu dieser Klasse gehört auch die Kikai-Caldera vor der Südspitze der japanischen Insel Kyushu. Ihr Ausbruch vor etwa 7.300 Jahren, bekannt als Kikai-Akahoya-Eruption, gilt als der größte des Holozäns, also der gesamten Nacheiszeit. Was solche Systeme antreibt und wie lange sie zwischen zwei Ausbrüchen brauchen, ist bis heute kaum verstanden.
Genau diese Wissenslücke wollte ein Team um den Geophysiker Nobukazu Seama von der Universität Kobe schließen. Gemeinsam mit der japanischen Meeresforschungsagentur JAMSTEC durchleuchtete es den Untergrund mit einem Verfahren, das an eine Ultraschalluntersuchung erinnert: Druckluftkanonen erzeugten künstliche Schallwellen an der Meeresoberfläche, während am Meeresboden ausgelegte Seismometer aufzeichneten, wie diese Wellen durch die Erdkruste liefen. Geschmolzenes Gestein bremst seismische Wellen messbar ab, sodass sich aus den Laufzeiten eine Karte des Untergrunds erstellen lässt. Dass die Caldera unter Wasser liegt, erwies sich dabei als Vorteil, weil systematische Messkampagnen auf See leichter durchzuführen sind als an Land.
Die Auswertung zeigte unter der Caldera eine ausgedehnte Zone mit deutlich verringerter Wellengeschwindigkeit, was auf einen hohen Anteil an Schmelze hindeutet. Ihre Obergrenze liegt bereits 2,5 Kilometer unter dem Meeresboden, nach unten reicht sie bis in etwa sechs Kilometer Tiefe. Lage und Ausdehnung entsprechen nach Einschätzung des Teams jenem Reservoir, das vor 7.300 Jahren den Ausbruch speiste, wie die Untersuchung in der Fachzeitschrift Communications Earth and Environment darlegt. Entscheidend ist ein zweiter Befund: Die Zusammensetzung spricht dafür, dass hier frisches Magma aus der Tiefe nachströmt und es sich nicht um einen liegengebliebenen Rest der alten Eruption handelt. Im Zentrum der Caldera ist zudem in den vergangenen rund 3.900 Jahren ein Lavadom gewachsen.
Die Bedeutung der Arbeit reicht über Japan hinaus, denn sie liefert erstmals ein quantitatives Modell dafür, wie sich Magmakammern nach einer Riesen-Eruption wieder füllen. Dass ein flaches, ausgedehntes Reservoir direkt unter der Caldera sitzt, findet sich auch unter Yellowstone, unter Toba und unter Santorin. Damit zeichnet sich ein wiederkehrendes Bauprinzip ab, das die Überwachung solcher Systeme verändern könnte: Nicht die Frage, ob sich Magma sammelt, wäre dann entscheidend, sondern wie schnell es nachströmt. Interessant sind derartige Zusammenhänge auch für Europa, wo Vulkanismus ebenfalls Spuren hinterlassen hat, wie die Erkenntnisse zeigen, dass die Eifel-Vulkane in kurzen Schüben fast gleichzeitig ausbrachen.
Die Autoren treten Fehlinterpretationen ausdrücklich entgegen. Der Nachweis eines gefüllten Reservoirs ist keine Prognose für einen bevorstehenden Ausbruch, und die aktuell nachgewiesene Schmelzmenge liegt unter jener, die derzeit unter Yellowstone vermutet wird. Magmakammern können über Jahrtausende bestehen, langsam abkühlen oder in kleineren Eruptionen entlastet werden, ohne dass es je zu einer Katastrophe kommt. Was sich aus den Daten ableiten lässt, ist etwas anderes: Die Kikai-Caldera ist kein erloschenes System, sondern ein aktives, das gerade eine Nachschubphase durchläuft. Für die Risikoabschätzung ist das relevant, weil Japan mit dieser Struktur ein Labor direkt vor der Haustür hat, das sich anders als Yellowstone flächendeckend vermessen lässt.
Bei einem Ausbruch unter Wasser kommen Effekte hinzu, die an Land keine Rolle spielen. Trifft heiße Schmelze auf Meerwasser, verdampft dieses schlagartig, was Explosionen erheblich verstärken kann. Zudem können Hangrutschungen und aufsteigende Gasmassen Flutwellen auslösen, wie der Ausbruch des Hunga-Tonga-Vulkans im Jahr 2022 eindrücklich zeigte. Die Kikai-Akahoya-Eruption hinterließ auf Kyushu meterdicke Ascheschichten und unterbrach die Besiedlung der Region über Jahrhunderte. Wie außergewöhnlich solche Ereignisse sind, zeigt der Vergleich mit den aktivsten Vulkanen der Welt, deren regelmäßige Ausbrüche in einer völlig anderen Größenordnung liegen.
Das Team um Seama will die eingesetzten Verfahren nun verfeinern, um den Nachschubprozess genauer zu erfassen. Geplant sind wiederholte Messkampagnen, die zeigen sollen, ob und wie schnell sich das Reservoir verändert, denn erst eine Zeitreihe macht aus einer Momentaufnahme eine Überwachung. Parallel arbeiten Forscher weltweit daran, seismische Daten mit Verformungsmessungen des Meeresbodens und der Analyse austretender Gase zu kombinieren. Sollte sich das japanische Modell auf andere Calderen übertragen lassen, wäre das ein Fortschritt für eine Disziplin, die bislang mit einem grundlegenden Problem kämpft: Riesen-Eruptionen sind so selten, dass keine moderne Messreihe je eine dokumentiert hat. Die Kikai-Caldera liefert immerhin die Zwischenschritte.
Communications Earth and Environment, Melt re-injection into large magma reservoir after giant caldera eruption at Kikai Caldera Volcano; doi:10.1038/s43247-026-03347-9