Vulkanologie: Neues aus Wissenschaft und Forschung

In dieser Kategorie lest ihr über neue Forschungsergebnisse der Geowissenschaftler, die in Studien zur Vulkanologie und Seismologie veröffentlicht wurden.

Pflanzen geben Hinweise zu bevorstehenden Vulkanausbruch

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Dass vulkanische Gase Pflanzen absterben lassen klingt logisch und ist hinlänglich bekannt. Jetzt berichtet eine neue Studie allerdings vom umgekehrten Effekt und er könnte sogar dazu genutzt werden, um Vulkanausbrüche vorherzusagen. Der Geophysiker Nicolas Houlié geht in seiner Studie noch ein Stück weiter und untersucht, ob Pflanzen nicht sogar den Ort einer bevorstehenden Eruption anzeigen könnten.

Streifen intensiven Pflanzenwachstums vor einem Vulkanausbruch

Im Jahr 2001 wurde auf Satellitenfotos des Ätnas eine Reihe von Pinien aufgespürt, die besonders grüne Nadeln hatten, was auf eine gesteigerte Photosynthese hindeutete. Wanderer am Boden konnten hingegen keine Veränderungen feststellen. Die Bäume wuchsen in einem 30 m schmalen Streifen, der eine Länge von gut 2 km hatte. Doch das verstärkte Pflanzenwachstum war nur von kurzer Dauer: im Herbst 2002 öffnete sich entlang des Vegetationsstreifens eine Eruptionsspalte und die Bäume vergingen in einem Lavastrom. Recherchen der Forscher ergaben, dass das gleiche Phänomen bereits einige Monate vor anderen Eruptionen aufgespürt wurde, etwa 1973, als Aufnahmen aus dem alten Skylab-Labor einen Streifen verstärkter Vegetation zeigten, entlang dessen sich einige Monate später eine Eruptionsspalte geöffnet hatte. Weitere Auswertungen von Satellitenfotos ergaben, dass das Phänomen auch vor der Ätna-Eruption von 2001 auftrat. Ebenso an anderen Vulkanen, wie z.B. am Nyiragongo im Kongo, der ebenfalls im Jahr 2001 eruptierte. Vor dem Ausbruch verstärkte sich das Pflanzenwachstum entlang der künftigen Eruptionsspalte. Doch was verstärkte das Pflanzenwachstum? Um dem Rätsel auf die Spur zu kommen, wurden Holzproben von überlebenden Bäumen genommen, die in einem Radius von 150 m um die Spalten standen. Die Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass vulkanische Gase vermehrt Kohlenstoff an die Oberfläche transportierten, doch dass konnte anhand der Holzproben nicht nachgewiesen werden. Dafür stellte man eine geringere Konzentration an bestimmten Sauerstoffisotopen fest, was auf eine vermehrte Wasserzufuhr hindeutete. Sehr wahrscheinlich war es einfach der Wasserdampf, der mit den Gasen aufstieg und den Boden durchfeuchtete, wovon die Pflanzen profitierten.

Forscher entwickelten in den letzten Jahren weitere Methoden, um Hinweise aus der Natur zu interpretieren, mit denen Vulkanausbrüche vorhergesagt werden sollen. So rüstete man am Ätna Ziegen mit GPS Sendern aus, um aus ihren Bewegungsmustern auffälliges Verhalten abzuleiten, das auf einer bevorstehende Eruption hindeuten könnte. In der Vulkaneifel werden Ameisen beobachtet, ob sie ihre Ameisenhügel vermehrt dort bauen, wo Kohlendioxid aus dem Boden strömt. Einzeln für sich genommen, stellt keine der Methoden ein hinreichendes Kriterium für die Vorhersage einer Eruption dar, doch alle zusammen genommen, können den Wissenschaftler wichtige Hinweise liefern, ob sich am Vulkan ein Ausbruch zusammenbrauen könnte. (Quelle: https://doi.org/10.1029/2021EO210590)

Pompeji: Sklavenzimmer ausgegraben

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Die Grabungskampagne von Pompeji hat erneut einen spektakulären Fund zutage gebracht: das Zimmer einer Sklavenfamilie. Die Kammer war 16 Quadratmeter groß und wurde zudem als Lagerraum genutzt. Davon zeugen 8 Amphoren, die in einer Ecke des Raus untergebracht waren. Der hervorragend erhaltene Raum war mit drei Holzbetten ausgestattet. Zwei der Betten waren 1,7 Meter lang, während das dritte nur 1,4 Meter lang war, was darauf hindeutet, dass dort ein Kind geschlafen hatte. Darum geht man davon aus, dass hier eine Familie residierte.

Während über die Mächtigen und Reichen der Stadt relativ viel bekannt ist, führten die Sklaven bisher ein archäologisches Schattendasein. Dass könnte sich mit der neuen Entdeckung ein wenig ändern.

Villa lag außerhalb der Stadtmauer vom Pompeji

Das Sklavenzimmer gehört zu einer Villa in in Civita Giuliana. Die Ansiedlung befindet sich 700 m außerhalb der Stadtmauer Pompejis. Anfang des Jahres wurde hier bereits ein zeremonieller Pferdewagen entdeckt. Teile des Zuggeschirrs des Pferdewagens wurden in dem neu entdeckten Raum gefunden, zusammen mit Alltagsgegenständen wie Keramikkrügen und einen Nachttopf.

Auf den Betten entdeckten die Archäologen zudem eine Holztruhe mit Metall- und Stoffgegenständen, die zum Pferdegeschirr gehört haben könnten, während auf einem Bett eine Deichsel gefunden wurde.

Der deutsche Direktor Pompejis -Gabriel Zuchtriegel- bemerkte zu dem Fund: „Wir haben nicht damit gerechnet, so einen Raum vorzufinden. Dabei sind wir oft daran vorbeigegangen“.

Der Raum lag neben einem Stall, in dem 3 Skelette von Pferden ausgegraben worden waren. Diese hatten bereits 2018 für Furore gesorgt. So kristallisiert sich mehr und mehr ein stimmiges Gesamtbild der Villa heraus.

Das Leben endete hier abrupt, als im Jahr 79 n. Chr. der Vulkan Vesuv ausbrach. Pompeji, und die umgebenden Siedlungen, wurden unter einer bis zu 12 m mächtigen Schicht vulkanischer Ablagerungen begraben.

Herculaneum: Neuer Skelettfund

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Die antike römische Stadt Herculaneum liegt nicht nur im Schatten des Vesuvs, sondern auch im medialen Schatten von Pompeji. Anders als Pompeji, wird über Herculaneum wenig berichtet. Dieser Umstand wird sich nun ändern, da zum ersten Mal seit 25 Jahren eine neue Grabungskampagne gestartet wurde. Die Archäologen erforschen ein Gebiet nahe des ehemaligen Hafens der Stadt, der sich heute über 1 km von der Küste entfernt befindet. Unter den ersten Funden befindet sich das Skelett eines Mannes.

Das Opfer flüchtete zum Hafen von Herculaneum

Das Skelett stammte von einem Mann, dessen Alter auf 40-45 Jahre geschätzt wurde. Die Lage der Knochen deutet darauf hin, dass er in Richtung Hafen rannte, als er von einem Pyroklastischen Strom zu Boden geworfen wurde und verbrannte. Sein Schädel wurde teilweise von einem verkohlten Holzbalken zerquetscht. Seine Knochen weisen eine Rotfärbung auf, die vom Blut des Opfers herrühren soll. Ein Teil des Skelettes ist in einem Ignimbrit-Block eingeschlossen und soll nun an einem Stück geborgen werden, damit Skelett und Lavagestein in einem Labor untersucht werden können.

Stoff- und Metallreste von den Habseligkeiten des Mannes sind ebenfalls erhalten geblieben. Von ihnen hoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Herkunft des Mannes zu erhalten. Bisher gibt es 2 Szenarien: a) es kann sich um einen Bewohner Herculaneums handeln, der auf seiner Flucht vor dem Vulkanausbruch, kurz vor erreichen des rettenden Hafens getötet wurde. Szenario b) spekuliert darüber, ob es sich bei dem Mann um einen Retter handelte, der selbst zum Opfer wurde. In diesem Fall könnte er zur Mannschaft des Schiffes von Plinius dem Älteren gehört haben. Plinius selbst soll an den Folgen der Eruption umgekommen sein. Die Überlieferung besagt, dass er an giftigen Gasen erstickte. Dass es sich bei dem gefundenen Skelett um Plinius handelt, ist allerdings unwahrscheinlich.

Ätna: Magmenkörper erforscht

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Der Ätna ist der wohl aktivste Vulkan Europas und einer der Interessantesten. Lange Zeit rätselten Forscher über die Struktur des Magmenreservoirs und konnten über seine Beschaffenheit nur spekulieren. Neue Untersuchungsmethoden enträtselten ein Stück weit die Lage und Größe des Magmaspeichers und entdeckten gleich mehrere Zonen, in denen sich Magmen akkumulieren.

Entdeckung von Magmenkörpern mithilfe Seismischer Tomografie

Ein Forscherteam des INGVs untersuchte den Vulkan, mithilfe des Verfahrens der Seismischen Tomographie. Hierbei werteten sie Daten von Erdbeben aus, die sich zwischen Januar 2019 und Februar 2021 ereigneten. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen ist Abhängig von der Dichte des Gesteins, durch das sie sich bewegen. Anhand von Laufzeitunterschieden der Erdbebenwellen konnten unter dem Vulkan Zonen identifiziert werden, in denen sich die Erdbebenwellen langsamer ausbreiteten, als sie es üblicherweise tun. So ließen sich bis in einer Tiefe von 12 km mehrere Areale von geringerer Dichte identifizieren, die die Wissenschaftler für Magma-Ansammlungen halten. Jedes der Reservoire soll mindestens 4% eruptionsfähige Schmelze enthalten, genug, um den Vulkan über Jahre aktiv zu halten.

Der Erstautor der Studie, Pasquale De Gori erklärt in einer Pressemeldung des INGVs, dass „die  Seismische Tomografie häufig eingesetzt wird, um sowohl vulkanische Komplexe als auch tektonisch aktive Gebiete zu untersuchen. In unserer Studie haben wir die Schwankungen der seismischen Wellengeschwindigkeiten in den letzten Jahren berechnet, um das Vorhandensein von neuem Magma und die möglichen Volumina zu überprüfen. Dabei haben wir zwischen 4 und 9 km Tiefe eine sehr ausgedehnte Zone entdeckt und zwei andere Areale identifiziert, die flacher und kleiner sind und sich in der Nähe der Gipfelkrater befinden, wo die seismischen Wellen besonders langsam sind“.

Horizontale- und vertikale Profile durch den Vulkan. Die rosa Zonen markieren die Areale mit verringerter Wellengeschwindigkeit. © nature.com

Mehr als 11.000 Erdbeben am Ätna untersucht

Die Forscher untersuchten nicht nur die Seismizität der letzten 2 Jahre, sondern können auf einen sehr großen Datensatz der letzten zwei Jahrzehnte zurückgreifen: seit 2005 ereigneten sich mehr als 11.000 Beben mit Magnituden zwischen 1,0 und 4,8. Die Analyse dieses enormen Datensatzes zeigte, dass die Dynamik des Vulkans überwiegend durch intrusive Prozesse gesteuert wurde, die sich entlang der Störungszonen an der Südostflanke abspielten. Hinzu kam das Gleiten der Ostflanke, dass durch die Intrusionen periodisch beschleunigt wurde. Dadurch verringerte sich der Druck auf das Magma in den Förderschloten, wodurch Eruptionen ausgelöst wurden.

„Die Studie zeigt“, so der Forscher abschließend, „dass sich das tiefste Volumen, in dem die seismischen Wellen verlangsamt werden, am Rande eines Volumens befindet, das durch hohe P-Wellen-Geschwindigkeiten gekennzeichnet ist und den Teil des Magmas darstellt, der nicht ausgebrochen ist und sich nun verfestigt hat. Es ist die Spur der alten Aktivität des Ätna während seiner geologischen Entwicklung.
In unserer Studie stellen wir die Hypothese auf, dass das Magma, das aus den tiefsten Teilen der Kruste kommt, die tiefste Region mit niedriger P-Wellen-Geschwindigkeit erreicht. In diesem Volumen erzeugt das neue Magma einen Druckanstieg im System, der den Großteil der am Ätna beobachteten Seismizität in einer Tiefe zwischen 4 und 12 km auslöst. Das Magma steigt von den tiefsten zu den flacheren Volumina mit niedrigen Vp-Werten auf, was durch die Zunahme der seichten Seismizität dokumentiert wird und möglicherweise eruptive Episoden auslöst, wie es in den letzten Monaten der Fall war“. (Quellen: INGV/Nature)

Erdwärme lässt Eis der Antarktis schneller schmelzen

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Die Polarstern am Gletscher in der Pine Island Bucht. Foto: Thomas Ronge

Der polare Eisschild ist dabei abzuschmelzen und verursacht so einen erheblichen Meeresspiegelanstieg. Erst heute war wieder zu lesen, dass es erstmalig seit Beginn der Wetteraufzeichnung auf Grönland in Hochlagen geregnet hat. Ein weiteres Indiz für den rapiden Temperaturanstieg in der Arktis, der sehr wahrscheinlich anthropogenen Ursprungs ist. Aber auch in der Antarktis beschleunigt sich die Eisschmelze. Hier fanden Forscher heraus, dass ein Teil der Eisschmelze geothermalen Ursprungs ist. Die Gletscher Thwaites und Pope ziehen sich besonders schnell zurück. Um Modelle erstellen zu können, wie sich der Meeresspiegelanstieg in naher Zukunft gestalten wird, wurde nun eine Studie zum geothermalen Wärmefluss der Westantarktis durchgeführt. Die Studie der Forscher Ricarda Dziadek, Fausto Ferraccioli und Karsten Gohl basierte dabei auf einer Curie-Tiefenanalyse. Mittels geomagnetischen Untersuchungen wurde der geothermische Wärmeflusses im Amundsenmeer untersucht. Man kam zu dem Ergebnis, dass die Eisschmelze stark an die Dynamik der Lithosphäre gekoppelt ist.

Vulkane unter dem Eis der Antarktis

Erst vor 4 Jahren entdeckte man unter dem Westantarktischem Eisschild eines der größten Vulkangebiete der Erde: dort schlummern 138 Vulkane, von denen einige fast so hoch wie der Ätna sind. Der Vulkanismus ist mit einem kontinentalen Riftsystem assoziiert, ähnlich dem Ostafrikanischen Riftvalley. Nach der Entdeckung der Feuerberge, die mithilfe von Radarmessungen unter dem Eis aufgespürt worden waren, war unklar, ob wenigstens einige der Vulkane aktiv sind. Diese Frage lässt sich auch nach der neuen Studie nicht schlüssig beantworten.

Gletscher mit Fußbodenheizung

Die Erstautorin der Studie kommt zu dem Schluss, „dass dort, wo die Erdkruste nur 17 bis 25 Kilometer dick ist, geothermale Wärmeströme von bis zu 150 Milliwatt pro Quadratmeter auftreten. Das entspricht Werten, wie sie in Gebieten des Oberrheintalgrabens und des ostafrikanischen Grabenbruchs gemessen werden“, so die AWI-Geophysikerin Dr. Ricarda Dziadek. Beide Gebiete sind für ihre vulkanische Vergangenheit und Gegenwart bekannt.

Auch wenn die neue Studie keinen aktiven Vulkanismus unter dem Eis der Westantarktis nachweisen kann, so kann man nun genauere Modelle zum Abschmelzen der Gletscher und dem damit einhergehenden Meeresspiegelanstieg erstellen. Bisher geht die Prognose des Weltklimarates von einem Anstieg um 110 cm bis zum Ende des Jahrhunderts aus. Der Geologe Peter D. Ward prognostiziert einen Anstieg von 150 cm. Wir dürfen gespannt sein, ob neue Modelle auf einen noch stärkeren Meeresspiegelanstieg kommen werden. Die Frage, wie sich der Meeresspiegelanstieg auf Inselvulkane auswiken wird ist legitim. Einige Forscher vermutetn, dass der zusätzliche Wasserdurck eine erhöhte Eruptivität von Inselvulkanen bedingen wird.

Generell wird die Dramatik des globalen Meeresspiegel-Anstiegs unterschätzt. Er kommt einer eigenständigen Naturkatastrophe gleich, von der praktisch alle Küstenmetropolen betroffen sind. Während man davon ausgehen kann, dass man versuchen wird bedeutende Metropolen durch immer höhere Dämme und Wehranlagen zu schützen, dürften viele Inseln und unzählige Dörfer vom Globus verschwinden.

Gletscher mit Fußbodenheizung kenne ich aus Island. Praktisch unter jedem größeren Gletscher dort gibt es einen Zentralvulkan, der für eine erhöhte Geothermie verantwortlich ist. Aber auch unter kleineren Gletschern gibt es Fumarolen und heiße Quellen. (Quelle: nature.com)

Pompeji: Neuer Fund einer Mumie

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Seit Generationen setzten die einmaligen archäologische Funde aus Pompeji die Menschen in Staunen. Dass wir heute über die Funde der Römerzeit staunen können, ist einem verheerenden Vulkanausbruch des Vesuvs zu verdanken, der sich im Jahre 79 n. Chr. ereignete. Die Ablagerungen der Eruption konservierten die Überreste von Pompeji. Nun kam einer ihrer früheren Bewohner zum Vorschein.

Die Fachwelt ist vom neuen Fund einer menschlichen Leiche begeistert, die zum Teil mumifiziert ist. Besonders am Kopf ist Gewebe erhalten geblieben. Forscher staunen über Haare am Schädel und einem Ohr. Erhalten blieben auch Reste der Kleidung. Die Leiche wurde in einem hermetisch abgeschlossenen Grab der Nekropole an der Porta Sarno gefunden, die bisher für die Öffentlichkeit nicht zugänglich ist. In einer Machbarkeitsstudie prüft man aber gerade, ob Nekropole nebst Grab zur Besichtigung freigegeben werden können.

Bei dem mumifizierten Leichnam handelt es sich wahrscheinlich um die sterblichen Überreste eines Marcus Venerius Secundio. Er war ein freigelassener Sklave, der Vorführungen in hellenischer (griechischer) Sprache gab. Dieser Umstand belegt, dass es bereits zu Zeiten der Römer multikulturell zuging.

Ob die Mumifizierung des Leichnams natürlichen Ursprungs war, oder ob Menschen nachgeholfen haben sollen weitere Untersuchungen ans Licht führen. Der Fund wurde von Archäologen der Universität von Valencia gemacht.

In den letzten 2 Jahren wurden viele bedeutende archäologische Funde in Pompeji gemacht. Die Regierung stellte endlich mehr Geld für die einzigartige Ruinenstadt am Fuße des Vulkans Vesuv zur Verfügung. Die Gelder werden aber nur teilweise für Grabungskampagnen ausgegeben. Eine besonders teure Herausforderung ist die Konservierung der Stad aus der Römerzeit: kaum Ausgergraben sind die Fundstücke der destruktiven Umwelteinflüssen ausgesetzt und beginnen zu zerfallen.

Vulkane: Neue Risikoanalyse erstellt

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Die Eyjafjallajökull-Eruption 2010. © Thorsten Böckel

Ein Forscherteam der University of Cambridge hat eine neue Risikoanalyse in Bezug auf Vulkanausbrüche erstellt und diese in einem Artikel in Nature veröffentlicht. Die Forscher Lara Mani und Asaf Tzachor kommen zu dem Schluss, dass das Risiko von Eruptionen mit einem VEI 3-6 deutlich unterschätzt wird. Während alle Welt auf die sehr selten stattfindenden „Supereruptionen“ Mit VEI 7-8 blickt, kommt den kleineren Eruptionen nicht genug Beachtung zu. Dabei gibt es zahlreiche Vulkane in der Nähe von sensibler Infrastruktur, die schon mit einer moderaten Eruption großen Schaden anrichten können. Sie sind in der Lage ganze Regionen von der Versorgung abzuschneiden, Transport und Kommunikationswege zu unterbrechen, oder einen globalen Börsencrash zu verursachen. Die Forscher verweisen auf die Eyjafjallajökull-Eruption, die im Jahr 2010 den Flugverkehr über Europa lahmlegte und damit wirtschaftliche Schäden von ca. 5 Milliarden US-Dollar verursachten. Der Vulkanausbruch hatte einen VEI 4. Der stärkere Ausbruch des Vulkans Pinatubo im Jahr 1991 verursachte einen Schaden von 374 Millionen Dollar, was unter Berücksichtigung der Inflation heute doppelt soviel ausmachen würde.

Moderate Eruptionen könnten durch Kaskadeneffekte große Katastrophen auslösen

Die Forscher postulierten in ihrer neuen Risikobewertung kaskadierende Mechanismen, die das Versagen lokaler Systeme soweit verstärken könnten, dass ein globaler Katastrophenfall eintritt. Die Gefahr geht nicht nur vom eigentlichen Vulkanausbruch aus, sondern auch von sekundären Effekten wie Hangrutschungen und Tsunamis.

Die Wissenschaftler erstellten eine globale Risikokarte, in denen Vulkane nahe an Knotenpunkten liegen, deren Zerstörung globale Folgen hätten. So würde z.B. die Unterbrechung wichtiger Schifffahrtswege im Mittelmeer, oder vor Malaysia den weltweiten Güterverkehr unterbrechen. Die Zerstörung von Unterseekabeln würde die Kommunikation zwischen den Kontinenten stark einschränken und hätte wahrscheinlich einen Absturz der Börsen zufolge. So könnte ein mittelgroßer Vulkanausbruch die Finanzwelt erschüttern und eine Weltwirtschaftskrise auslösen.

7 Zonen mit erhöhtem Risiko

7 Zonen mit sensibler Infrastruktur in der Nähe von Vulkanen. © nature.com/Lara Mani & Asaf Tzachor

Weltweit identifizierten die Forscher 7 Zonen mit einem erhöhtem Risiko. In ihrem Einzugsbereich gibt es meist mehrere Vulkane, die in der Lage wären kaskadierende Versagensmechanismen auszulösen. Eine besondere Gefahr geht von Vulkanen an der Küste, bzw. von Inselvulkanen aus. Eine dieser Zonen liegt im Mittelmeer, wo eine Eruption nebst Flankenkollaps Unterseekabel zerstören könnte, oder wichtige Schifffahrtswege wie den Suez-Kanal blockieren könnte. Vesuv, Campi Flegrei, Santorin werden als potenzielle Verursacher beschrieben. Ätna und Stromboli tauchen nicht in den Beschreibungen auf. Lara Mani und Asaf Tzachor konzentrierten sich offenbar auf Vulkane, die für explosive Eruptionen bekannt sind. Doch gerade die beiden sizilianischen Vulkane könnten mit ihren instabilen Flanken große Tsunamis auslösen und sich in beschriebener Weise auf die Infrastruktur auswirken.

Wann Erdbeben Vulkanausbrüche triggern können

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Schon seit langem rätseln Geowissenschaftler über das komplizierte Verhältnis zwischen tektonischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Das Vulkanausbrüche Erdbeben auslösen können, ist seit langem bekannt, doch die umgekehrte Fragestellung ist bisher nur unzureichend erforscht gewesen. Einige Studien belegen zwar die Existenz des Phänomens, doch welche Mechanismen genau dahinter stecken blieb lange im Verborgenen. Doch eine neue Arbeit, die in Zusammenarbeit der University of Canterbury (Neuseeland) und dem deutschen GeoForschungsZentrum, sowie der Universität Potsdam durchgeführt wurde, lüftete das Rätsel weiter.

Die Forschergruppe um Gilles Seropian und Thomas Walter zeigte, dass Vulkanausbrüche sehr selten von Erdbeben ausgelöst werden. Zudem bestätigten sie, dass das räumliche- und zeitliche Fenster, in dem es nach einem Erdbeben zu einer Eruption kommen kann sehr groß ist. So können Vulkanausbrüche von einem tektonischen Erdbeben getriggert werden, dessen Epizentrum bis zu 1000 km entfernt lag. Es wurde sogar beobachtet, dass Erdbeben in mehreren Tausend Kilometern Entfernung Unruhen am Vulkan ausgelöst haben. Oft brechen die Vulkane dann zeitnahe aus, doch in einigen Fällen ereignete sich eine Eruption erst nach 2-5 Jahren. Allerdings muss der Vulkan schon für eine Eruption bereit gewesen sein. Schlafende Vulkane werden wohl nicht durch Erdbeben geweckt.

Schema der wichtigsten seismischen Trigger-Mechanismen in Vulkanen. Die gelben Schriftzüge bezeichnen statische Spannungen, schwarze und weiße dynamische. (Quelle: CCBY 4.0: Seropian et.al. Nat Commun 12, 1004 (2021))

Neue Klassifizierung von Vulkantypen in Bezug auf die Triggerfähigkeit von Eruptionen durch Erdbeben

Die durch ein Erdbeben entstehenden Erschütterungen und Spannungen können im Vulkansystem vielfältige Reaktionen bewirken: Es können sich Risse im Gestein bilden, Magma kann in Bewegung versetzt werden, und die Druckverhältnisse Magmatischer Fluide können sich ändern. Zu diesen Erkenntnissen gelangten die Forscher durch die Analyse verschiedener Studien, aus denen sie ein neues Modell generierten. Es gelang ihnen eine Klassifizierung von Vulkanen zu erstellen, bei der aufgeführt ist, wie Vulkane auf verschiedene Schlüsselmechanismen, die von Erdbeben ausgelöst werden reagieren können. Ob- und wie Vulkane auf Erdbeben reagieren, hängt demnach im wesentlichen von 3 Parametern ab: der Viskosität des Magmas, seinem Gasgehalt und dem Vorhandensein Hydrothermaler Systeme. Diese reagieren besonders empfindlich auf Erdbeben: wird ein Hydrothermalsystem von einem Erdbeben destabilisiert, können Fluide bis zur Magma durchdringen und eine Explosion auslösen.

Die fünf wichtigsten Vulkantypen mit Beispielen und einer Liste der möglichen Trigger-Mechanismen. Die drei vulkanischen Schlüsselkriterien: (1) Hellrot – niedrige Viskosität, Dunkelrot – hohe Viskosität, (2) ein Kanal bis zur Oberfläche stellt ein offenes System dar, während ein Kanal, der in der Tiefe aufhört, ein geschlossenes System darstellt, (3) ein hydrothermales System ist mit „HS“ gekennzeichnet und als blauer Bereich über der Magmakammer dargestellt. (Quelle: CCBY 4.0: Seropian et.al. Nat Commun 12, 1004 (2021))

Die Forscher sehen es als besondere Herausforderung an, die Zusammenhänge zwischen tektonischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen über große zeitliche- und räumliche Distanzen zu erkennen, um daraus eine neue Überwachungsstrategie für die seltenen Ereignisse zu entwickeln, bei denen tatsächlich Vulkanausbrüche durch Erdbeben getriggert werden.

(Quellen: GFZ-Potsdam, DOI: 10.1038/s41467-021-21166-8)

Campi Flegrei: Risiko phreatischer Eruptionen

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Die Phlegräischen Felder (Campi Flegrei) in Italien stehen schon lange im Fokus der Forscher und liefern einen großen Pool an besorgniserregenden Entwicklungen. Gerade die Bewohner des Calderavulkans sorgen sich um ihre Zukunft. Eine neue Studie italienischer Forscher vom INGV und der Universität Neapel dürfte nicht gerade beruhigen.

In einem multidisziplinären Ansatz untersuchten die Forscher das tektonische Gefüge im Bereich der Fumarole von Pisciarelli. Das Thermalgebiet liegt Außerhalb der Solfatara, genauer, auf der Nordostflanke des Kraters und am Rand des besiedelten Gebiets. Seit 2011 begann eine neue Inflationsphase in den Phlegräischen Feldern. Seitdem hob sich der Boden stellenweise um gut 73 cm an. Die Bodenanhebung geht einher mit zahlreichen Erdbeben und wird durch aufsteigende Magmatische Fluide verursacht. Seit einigen Jahren veränderte sich das Thermalgebiet um die Fumarole Pisciarelli signifikant: das ehemalige Dampfloch verwandelte sich in einem Schlammpool. Die emittierten Gase wurden heißer und ihre chemische Zusammensetzung änderte sich. Anwohner und Wissenschaftler zeigten sich alarmiert, sperrten den Bereich ab und beobachten seitdem die Veränderungen mit Argusaugen.

Geschichte der Aufstiegsrouten magmatischer Fluide in der Campi Flegrei rekonstruiert

Die neue Studie rekonstruierte die geologische Geschichte des Areals und nahm die bevorzugten Aufstiegsrouten Magmatischer Fluide unter die Lupe, welche mit Hilfe der elektrischen Widerstands-Tomographie identifiziert wurden. Die gesteigerte Seismizität entlang dieser Pfade zeigt das sie auch jetzt aktiv sind.

Die Forscher sind sich sicher, dass es in den vergangenen Jahrtausenden immer wieder zu phreatischen Eruptionen kam und dass sich entsprechende Ereignisse wiederholen könnten. Aktuell sind die hydrothermalen Erscheinungen im Bereich von Pisciarelli am ausgeprägtesten und die dortige Aktivitätssteigerung könnte als Vorwarnung interpretiert werden.

Eine besondere Gefahr geht dabei von Erdrutschen aus, die das Thermalgebiet von Pisciarelli immer wieder verschütteten. Sie blockierten die Entgasung der Fumarolen und ließen den Druck im Boden soweit ansteigen, bis es zu phreatischen Explosionen kam. Sie sprengten die Fumarolen wieder frei. Die Morphologie des Areals ist auch heute noch so angelegt, dass es zu Erdrutschen kommen kann. Aber auch ohne Verstopfungen durch Erdrutsche könnte es zu Dampfexplosionen kommen. Besonders Menschen, die sich auf dem Sportplatz am Rand des Thermalgebietes aufhalten, wären im Falle einer phreatische Eruption gefährdet. (Quelle: INGV, AGU)