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.

Erdbeben durch Wirkung der Gezeiten auf Magmenkörper

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Gezeiten-Erdbeben am pazifischen Rücken infolge von Magmen-Ausdehnung

In der Wissenschaft wird der Einfluss der Gezeiten auf Erdbeben und Vulkanausbrüche kontrovers diskutiert. Die wissenschaftliche Fachwelt ist in Befürworter und Gegner der Theorie gespalten, dass die Gezeitenkräfte Erdbeben verursachen können. Die Gegner der These waren lange in der Überzahl und gehen davon aus, dass die Gezeitenkräfte nicht stark genug dafür seien. Zudem ließen sich statistisch bislang keine eindeutigen Beweise für die These finden. Einige Studien zeigten, dass nur 0,2-0,3% der Erdbeben in einem Zusammenhang mit den Gezeiten stehen könnten. Doch nach und nach tauchen mehr Studien auf, die einen Zusammenhang sehen. So auch die Studie von Christopher Scholz, einem Seismologen vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, dessen Erkenntnisse ich hier kurz vorstellen möchte.

Die Gezeitenkräfte werden von der Anziehungskraft von Sonne und Mond verursacht und sind für Ebbe und Flut der Ozeane verantwortlich. Sie sind bei Voll- und Neumond am stärksten, da dann Sonne-Erde-Mond auf einer Linie stehen. Außerdem schwankt die Entfernung des Mondes zur Erde, was die Stärke der Gezeitenkräfte ebenfalls beeinflusst. Ich selbst stellte bei meinen Recherchen zu den Newsberichten öfters fest, dass es eine Häufung stärkerer Erdbeben an den Tagen von Neu- und Vollmond zu geben scheint, doch dass der normale Rhythmus von Ebbe und Flut das Auftreten von Erdbeben beeinflussen könnte, ist mir entgangen. Bislang galt die These, dass es die meisten Erdbeben während der Flutphase geben soll, doch Christopher Scholz fand heraus, dass es sich am Mittelozeanischen Rücken genau anders herum verhält, was zunächst einmal Paradox erscheint: Erdbeben sollen ausgerechnet dann entstehen, wenn die Gezeitenkräfte am schwächsten auf die Störungen wirken? Um diesem Phänomen nachzugehen, studierte der Seismologe den Unterwasservulkan Axial, der sich in einer submarinen Vulkankette befindet, die sich im Ostpazifik am Juan de Fuca Rücken aufreiht. Der Vulkan gilt als seismisch sehr aktiv und war daher ein geeignetes Studienobjekt.

Die Studien ergaben, dass sich der Magmenkörper unter dem Vulkan ausdehnte, je geringer der Wasserdruck war, der auf die ozeanische Kruste drückte. Bei Ebbe ist die Wasserbedeckung am geringsten und zu dieser Zeit war der Untergrund seismisch am aktivsten. Durch die Ausdehnung des Magmas wurde das umgebende Gestein unter Spannung gesetzt und ein tektonischer Block am Grund der Spreizungszone des Ozeanrückens nach oben geschoben, was schwache Erdbeben auslöste. Der Autor der Studie sagt aber auch, dass das entwickelte Modell nicht allgemeingültig sein muss und dass durch den Effekt der Magmenausdehnung alleine, sehr wahrscheinlich keine Starkbeben ausgelöst werden.

Ich sehe in diesem Forschungsergebnis eine Bestätigung darin, dass sich die Gezeitenkräfte auch direkt auf das eruptive Verhalten eines Vulkans auswirken könnten. (Quelle: Nature)

Vulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am 04.11.22

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Staat: Tonga | Koordinaten: -20.545; -175.393 | Eruption: Hydrothermal

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruptierte im Januar höchste jemals beobachtete Aschewolke

Der submarine Inselvulkan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai eruptiert am 15. Januar dieses Jahres mit bislang unbeobachteter Wucht. Bei der Eruption vernichtete sich der junge Inselvulkan selbst und ist nun wieder ein submariner Vulkan. Die Druckwelle der Explosion umrundete den Erdball mehrmals. Es wurden Tsunamis generiert, die umliegende Inseln verwüsteten und selbst in der Nordsee messbare Wellen generierten. Die Eruptionswolke hatte einen Durchmesser von 500 km. Dass es sich um die größte Eruption seit Anak Krakatau handelte ist unumstritten. Nicht ganz klar ist bis jetzt, ob der Ausbruch in Tonga auch diese Eruption toppte und sich an die des Tambora annäherte. Dieser Vulkanausbruch ereignete sich 1815 auf der indonesischen Insel Sumbawa. Das Folgejahr ging in die Geschichtsbücher als „Jahr ohne Sommer“ ein. Es löste sogar in Europa eine Hungersnot aus. Damals gerieten sehr große Mengen Asche und Schwefel-Aerosole in die Atmosphäre, die das Klima nachhaltig beeinflussten und einen globalen Temperaturrückgang verursachten. Es gab praktisch keine Augenzeugen, die den Ausbruch aus nächster Nähe erlebten und anschließend darüber berichten konnten. Anders sah es bei der Eruption im Januar dieses Jahres aus. Die Katastrophe wurde gut dokumentiert, nicht nur von Berichterstattern auf See und auf den Nachbarinseln, sondern auch von den allsehenden Satelliten im All.

Eruptionswolke erreichte die Mesosphäre

Eine Studie von Forschern der University of Oxford wertete nun die Daten aus. Studienleiter Simon Proud konnte auf Fotos von gleich 3 geostationären Satelliten zugreifen, die das Geschehen aus unterschiedlichen Perspektiven dokumentierten. Mithilfe der Parallaxenverschiebung konnten die Wissenschaftler nun die exakte Höhe der Eruptionswolke des Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ermitteln: nach den ersten 25 Minuten der Haupteruption drang die Vulkanasche bis in 40 km Höhe vor. Damit befand sie sich in der Stratosphäre und war auf Augenhöhe mit der Aschewolke, die 1991 vom Pinatubo ausging und bislang als Referenz herhalten musste. Nur wenig später erreichte die Eruptionswolke eine Höhe von 57 km und war somit bis in die Mesosphäre vorgedrungen. Man wusste zwar, dass besonders starke Eruptionen ihre Aschewolken bis zu 60 km hoch schicken könnten, doch beobachtet und bewiesen wurde das bisher nicht.

Klimatische Langzeitfolgen ungewiss

Bei der Eruption wurde vergleichsweise wenig Schwefeldioxid freigesetzt, dafür aber umso mehr Wasserdampf. Der Wasserdampf wirkt in den unteren Luftschichten wie ein Treibhausgas und sogt dort für eine Temperaturerhöhung, während er die Stratosphäre der Südhalbkugel abkühlt. Die Folgen der Gase und Aschepartikel in der Mesosphäre sind noch nicht erforscht. Verstärkt könnte ein globaler Treibhauseffekt eintreten, sobald der Wasserdampf aus der Stratosphäre absinkt. Hier werden weitere Forschungen vielleicht bald Aufklärung schaffen. (Quelle: science.com)

La Palma: Die Spur des Magmas

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Ausbruch des Cumbre Vieja im September 2021. © Marc Szeglat

Vor einem Jahr hat uns der Vulkanausbruch auf der Kanareninsel La Palma in Atem gehalten. Während die Eruption für die Anwohner des Cumbre-Vieja Vulkanrückens eine große Katastrophe darstellte, war er für die Wissenschaft ein Glücksfall: erstmalig konnten die Forscher eine Eruption auf La Palma mit modernsten Geräten von Anfang bis Ende verfolgen und dokumentieren. Der so gewonnene Datenberg wird nun von den Wissenschaftlern ausgewertet. Ein internationales Forscherteam wertete die seismischen Messdaten aus und konnte nun ein Modell der Aufstiegswege der Magmen unter dem Vulkan vorstellen.

Dem Magma auf der Spur

Die Studie, die nun in einer Preprint-Version von Scientific Reports der Nature-Gruppe erschienen ist, liest sich fast so spannend wie ein Krimi und weist auch sonst Parallelen akribischer Detektivarbeit auf. Beteiligt waren Wissenschaftler Von INVOLCAN, der Universität von Granada und dem russischen Trofimuk-Instituts für Erdölgeologie und Geophysik. Mittels des bekannten Verfahrens der seismischen Tomografie gelang es ein 3D-Bild des tiefen Untergrunds im Bereich des Cumbre Vieja zu erstellen. Dabei wurden 11.349 Erdbeben ausgewertet, die während und im Vorfeld der Eruption stattfanden. Die Erdbeben wurden überwiegend durch die Bewegungen magmatischer Fluide ausgelöst. Zudem lieferte die Analyse von Lavaproben Hinweise darauf, wie schnell die Schmelze aufgestiegen ist und in welcher Tiefe sie gebildet wurde. Schon während der Eruption war klar, dass es unter dem Cumbre Vieja einen Magmenkörper geben musste, der bis in großer Tiefe hinabreicht, doch seine genaue Lage und Struktur blieb unklar. Die Studie brachte nun Licht ins Dunkle und präsentiert uns ein sehr genaues Modell des Magmenköpers und dem Aufstiegsweg des Magmas unter der Südhälfte von La Palma.

3 Zonen anormaler Wellengeschwindigkeiten der Erdbeben

Die Forscher identifizierten 3 Zonen, in denen sich die Erdbebenwellen unterschiedlich schnell ausbreiteten, was auf eine Variation in der Beschaffenheit des Materials hindeutet, in dem sich die Erdbebenwellen bewegten. Von der Erdoberfläche aus gesehen lag eine dieser Zonen in einer Tiefe von weniger als 3 km und erstreckte sich bis zur Oberfläche. Dort hat sich das Gestein durch hydrothermalen Einfluss verändert und gleicht einem losen Schutthaufen. Solche Zonen kennt man u.a. vom Ätna. Erdbebenwellen bereiten sich aufgrund der lockeren Struktur der Gesteine nur langsam aus, Magma dafür umso schneller. Eine 2. Zone besteht aus einem Körper verfestigter Ozeankruste, die sich von der Oberfläche bis in 10 km Tiefe erstreckt. Die Erdbebenwellen bewegten sich dort schneller, da das Material eine höhere Dichte als das umliegende Gestein aufweist. Ich würde vermuten, dass es sich dabei um Material handelt, das von einem früheren Vulkanausbruch stammt. Bei der 3. Zone handelt es sich um die eigentliche Magmenintrusion unterhalb der ozeanischen Kruste. Ihre Basis liegt in 25 km Tiefe und ihre Oberseite in 7 km Tiefe. Durch die Intrusion wurde die Moho (Mohorovicic-Anomalie, die die Grenze zwischen Erdkruste und Asthenosphäre markiert) angehoben. Die Studie zeigte, dass das Magma vor Eruptionsbeginn nur 7 Tage benötigte, um aus 10 km Tiefe aufzusteigen. In den oberen 3 km stieg das Magma entlang des Kontaktbereichs zwischen den Zonen 1 und 2 auf.

Die Forscher prüfen nun, ob dieses Modell auch auf andere Vulkane der Kanaren übertragbar ist. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem Pico del Teide auf Teneriffa. Sollte das neue Modell vom Cumbre Vieja hier übertragbar sein, dann könnten sich auch auf Teneriffa Eruptionen sehr viel schneller entwickeln, als man es bislang angenommen hat.

(Quellen: INVOLCAN und Nature.com: https://www.nature.com/articles/s41598-022-21818-9)

Steinzeit-Vulkanismus in Bayern

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Es gibt neue Hinweise darauf, dass die Vulkaneifel nicht der einzige Ort in Deutschland ist, in dem es in geologisch junger Vergangenheit aktiven Vulkanismus gegeben haben könnte. Geologen vom bayrischen Landesamt für Umwelt (LfU) suchen mittels einer Bohrung nach Beweisen für ihre Hypothese, dass es unweit des Fichtelgebirges Vulkane gab, die während der Steinzeit aktiv waren. Das Problem: die Steinzeit begann vor gut 2,6 Millionen Jahren und endete erst mit Beginn der Bronzezeit im 3. vorchristlichen Jahrtausend. Eine recht große Zeitspanne, die auch erklärt, warum es keine sichtbaren Spuren der eruptiven Vergangenheit der Region nordöstlich von Bayreuth gibt.

Roland Eichhorn, Leiter der Abteilung Geologischer Dienst beim LfU, teuft mit seinen Mitarbeitern eine Bohrung beim Ort Selb ab. Sie soll bis zu 70 m tief werden und liefert hoffentlich Beweise für die Hypothese, dass es hier in junger Vergangenheit einen Vulkanausbruch gab. Grund zu der Annahme lieferte die Analyse von Satellitenaufnahmen, die mit einem neuartigen Computerprogramm durchgeführt wurde. Die Software ist in der Lage dazu, die Vegetation herauszurechnen und enthüllt somit die Bodenstrukturen. Dabei traten eine Reihe von Bodenmulden zutage, die wie Vulkankrater oder Maare aussehen. Mit der Bohrung soll nun entsprechend vulkanisches Material ans Tageslicht gefördert werden. Die Forscher hoffen, dass in den Bodenproben auch organisches Material enthalten ist, mit dessen Hilfe sich C14 Datierungen anstellen lassen, so dass das Alter der Bodenproben bestimmt werden kann.

Die Hoffnung der Geologen ist nicht ganz unbegründet, denn dass es in der Region Vulkane gab ist bekannt. Schon im Jahr 2015 unternahm man wissenschaftliche Untersuchungen bei Tirschenreuth, dass ca. 30 km südlich der aktuellen Stelle liegt. Dort konnte man Eruptionen nachweisen, die sich vor 280.000 Jahren ereigneten. Das Cheb-Becken (Eger-Becken) in der Tschechei liegt nur ca. 10 km Luftlinie von Selb entfernt. Im Cheb Becken brachen Vulkane zuletzt vor ca. 15. Millionen Jahren aus. Dort sind heute noch Mofetten aktiv und es gibt Hinweise, dass sich Magma an der Grenze zur Lithosphäre ansammelt. Sollten die Forscher vom LfU beweisen können, dass es bei Selb während der jüngeren Steinzeit aktive Vulkane gab, könnte es auch die Suche nach einem Endlager für den Atommüll beeinflussen, denn vulkanisch aktive Gebiete scheiden hierfür aus.

Vulkaneifel: Seismische Messkampagne gestartet

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Großangelegte seismische Messkampagne in der Vulkaneifel

Die Vulkaneifel ist das jüngste Vulkangebiet Deutschlands und wurde von den Wissenschaftlern lange Zeit als erloschen eingestuft. Der letzte Vulkanausbruch in der Osteifel ereignete sich vor gut 13.000 Jahren, als es zu einer großen Eruption des Laacher-See-Vulkans kam. In der Westeifel entstand vor gut 11.000 Jahren das Ulmener Maar. Der jüngste Vulkan der Republik. Ein Vulkan gilt laut Definition als erloschen, wenn er länger als 10.000 Jahre inaktiv war. Eine Definition, die man bislang auf die gesamte Vulkaneifel angewendet hatte, obwohl es sich hier ja nicht um einen einzigen Vulkan handelt, sondern um eine Vulkanregion, die von einem Hotspot gespeist wird. Mittlerweile fand man heraus, dass die Eruptionszyklen solcher Regionen durchaus größeren Zeiträumen unterliegen können. Zudem wurden von den wenigen Messstationen, die es im Bereich der Eifel bislang gab, schwache Erdbeben mit niedrigen Frequenzen festgestellt, die sich in großer Tiefe im Bereich des Laacher-See-Vulkans ereignen. Zusätzlich wurde eine leichte Bodenhebung detektiert, die sich praktisch über das gesamte Gebiet der Vulkaneifel erstreckt: ein Indiz dafür, dass der Mantelplume unter der Eifel aktiv ist und magmatische Fluide aufsteigen, die das gesamte Areal nach oben drücken.

Large-N-Experiment soll Magmenkörper des Laacher-See-Vulkans aufspüren

Seit Jahren gibt es Stimmen -zu denen „vulkane.net“ und der assoziierte Vulkanverein „Vulkanologische Gesellschaft e.V.“ zählen- die fordern, dass ein Vulkanologisches Observatorium in der Eifel errichtet werden müsste. Davon sind wir zwar noch ein Stück entfernt, doch heute verkündete das Geoforschungszentrum Potsdam den Start einer groß angelegten seismischen Messkampagne in der östlichen Vulkaneifel. Großflächig wurde im Gebiet des Laacher-See-Vulkans ein seismisches Array installiert, das aus 350 Geophonen besteht und der Vulkaneifel den Puls fühlt. Die so gewonnen Daten sollen Aufschlüsse über die seismische Aktivität geben und werden auch dazu genutzt, mittels seismischer Tomografie ein Abbild des Untergrundes zu erstellen. Besonders Magmenkörper und Mantelplumes wurden in der Vergangenheit mit dieser Methode aufgespürt und visualisiert. Ein schönes Beispiel hierfür liefert die Erforschung des Mantelplumes unter der Yellowstone-Caldera. In der Osteifel möchten die Wissenschaftler so den Magmenkörper aufspüren, der die Eruption vor 13.000 Jahren mit Magma versorgte. Vielleicht lässt sich dann auch bestimmen, ob er frische Schmelze enthält.

Das Projekt in der Eifel wird unter Federführung des GFZ durchgeführt, es sind allerdings mehrere andere Institute und Erdbebendienste beteiligt. Die meisten Geophone wurden auf Grundstücken der Kommunen installiert, einige stehen auch auf privaten Grundstücken.

Das GFZ weißt ausdrücklich darauf hin, dass es derzeit keine Anzeichen für einen bevorstehenden Vulkanausbruch in der Eifel gibt. (Quelle: GFZ-Potsdam)

Piton de la Fournaise und seine Erdbeben

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  • Erdbeben markieren den Verlauf einer Scherzone unter der Ostflanke.
  • Die Scherzone wird von einem sich füllenden Magmenkörper nebst Dyke-Intrusion verursacht.
  • Ein Versagen der Ostflanke entlang der Scherzone kann nicht ausgeschlossen werden.

Erdbeben unter der Ostflanke am Fournaise bereiten Sorgen

Der Piton de la Fournaise zählt zu den aktivsten Vulkanen der Welt. Pro Jahr bricht er durchschnittlich 2-3 Mal aus. Die meisten Vulkanausbrüche des Schildvulkans sind von effusiver Natur und spielen sich im Bereich der Caldera Enclos ab. Somit gefährden sie nur Menschen, die sich zu nahe an eine Eruption heranwagen. Dennoch birgt der Vulkan die Gefahr, dass besonders große Eruptionen zur Calderabildung, oder einem Flankenkollaps führen könnten. Dieses Geschah schon mehrmals am Fournaise und ist auch von anderen Vulkanen bekannt, u.a. von den Vulkanen Ätna, Stromboli und Santa Maria. Auch die Südflanke des Vulkans Kilauea bewegt sich und könnte abscheren. Ähnliches befürchtet man auf der Kanareninsel La Palma. Grund genug, dieses Phänomen genauer zu untersuchen, um zu erfahren, unter welchen Belastungen eine Vulkanflanke abschert.

Deuten Erdbeben unter der Ostflanke einen bevorstehenden Flankenkollaps an?

Eines der wichtigsten Instrumente zur Vulkanbeobachtung ist das Seismometer, denn in den Stunden vor einer Eruption kommt es häufig zu seismischen Krisen, in deren Verlauf Hunderte schwache Erdbeben aufgezeichnet werden. Sie werden vom aufsteigenden Magma verursacht, dass auf seinem Weg zur Oberfläche Gesteine zerbricht und verschiebt. Aber auch unabhängig vom Magmenaufstieg gibt es eine permanente Hintergrundseismizität am Fournaise. Die Wissenschaftler des OVPF werteten Erdbeben seit 1996 aus und man entdeckte, dass sich viele Erdbeben entlang einer leicht geneigten Zone anordneten, die sich unter der Ostflanke erstreckt. Man sorgt sich darum, ob die Hintergrundseismizität nicht ein Anzeichen für ein bevorstehendes Abscheren der Ostflanke des Vulkans sein könnten und ob die Kraft des aufsteigenden Magmas vor einer Eruption ihren Kollaps verursachen könnte.

Überträgt man die Beben auf ein 3-D Model des Vulkans, so bildet die Lage der Beben eine Schale, die nach Osten geneigt ist und eine mögliche Schwächezone des Vulkangebäudes markieren könnte. Die Wissenschaftler ermittelten im Model zunächst die Scherfestigkeit des Vulkangebäudes und untersuchten dann, unter welchen Umständen diese Überschritten werden könnte, so dass es zu einem Versagen der Ostflanke kommt.

Das Fazit der Studie ist, dass die alltäglichen Hintergrunderdbeben von mechanischen Kräften ausgelöst werden, die immer auf den Vulkan einwirken: gravitative Kräfte, die reine Auflast des Vulkangebäudes und die Schubkraft des sich bewegenden Magmas im Untergrund. Die Simulationen zeigten, dass die Scherzone unter der Ostflanke nicht als allgemeine Schwächezone des Gebäudes angelegt ist, sondern aus dem sich füllenden Magmenkörper auf Höhe des Meeresspiegels resultiert und mit einer Dyke-Intrusion unter die Ostflanke einhergehen könnte. Ein Versagen der Struktur scheint nicht unmittelbar bevorzustehen, kann aber langfristig betrachtet nicht ausgeschlossen werden. (Quellen: OVPF, siencedirect.com)

Nyiragongo: Vulkanausbruch nicht vorhersagbar

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Spalteneruption am Nyiragongo war laut Studie nicht vorhersagbar

Der kongolesische Vulkan Nyiragongo zählt zu den gefährlichsten Feuerbergen der Welt. Obwohl es sich um einen Schildvulkan handelt, deren Eruptionen normalerweise ohne Explosionen ablaufen, geht vom Nyiragongo ein großes Gefahrenpotenzial aus, denn seine plötzlich auftauchenden Lavaströme fließen schnell und fördern sehr viel Schmelze, die die nahe gelegenen Siedlungen innerhalb weniger Stunden erreichen kann. Zuletzt geschah das am 22. Mai 2021. Mehrere Dörfer wurden zerstört und es starben 20 Personen. Verheerender war der Ausbruch von 2002, als Teile der Großstadt Goma unter der Lava verschwanden und mehr als 147 Menschen den Tot fanden. Nach den Eruptionen wurden regelmäßig Stimmen laut, die Vorwürfe erhoben und fragten, warum die Menschen nicht vor einem Ausbruch gewarnt wurden. Eine neue Studie zeigt nun, dass eine Vorhersage der Eruptionen unmöglich war, obwohl schon Wochen zuvor einige Wissenschaftler des Goma-Observatoriums vor einem neuen Lavastrom gewarnt hatten. Die Warnungen erfolgten allerdings größtenteils aufgrund von Statistiken, da das Zeitintervall zwischen den letzten beiden Eruptionen (1977 und 2002) erreicht war. Zudem gab es in den Monaten vor dem Ausbruch von 2021 eine erhöhte Aktivität am Lavasee im Vulkankrater.

Die Studie wurde unter Leitung von Delphine Smittarello durchgeführt. Die Geowissenschaftlerin forscht am Europäischen Zentrum für Geodynamik und Seismologie in Luxemburg und besuchte den Nyiragongo mehrfach. Die Vulkanologen fühlen dem Nyiragongo mit einer Reihe von Messmethoden den Puls, wobei das Netzwerk erst im Jahr 2015 installiert wurde. Unter den Messgeräten befinden sich Gasspektrometer, Neigungsmesser und Seismometer. Deren Daten wurden nun nochmals ausgewertet und auch Satellitendaten wurden mit einbezogen. Delphine Smittarello kam zu dem Schluss, dass es im Vorfeld der Eruption keine Auffälligkeiten der geophysikalischen Parameter gab. Erst 40 Minuten vor dem Ausbruch setzten vulkanotektonische Erdbeben ein, die auf einen schnellen Magmenaufstieg mit einhergehender Spaltenöffnungen auf der Vulkanflanke hindeuteten. Das Besondere am Nyiragongo ist, dass in seinem tiefen Krater jahrelang ein Lavasee brodelte. Er wurde aus einem Reservoire gespeist, dass sich in gut 2 km Tiefe befindet und damit ungewöhnlich flach liegt. Über die Jahre hinweg akkumulierte sich dort eine gewaltige Menge Magma, die praktisch mit Beginn der Eruption schnell aufstieg und sich aus den Spalten in der Vulkanflanke ergoss. Das Magma, nebst der Lava des Lavasees flossen aus.

Die Forscher sind nun bemüht ein System zu entwickeln, damit die Menschen im Schatten des Vulkans wenigstens bei den ersten Anzeichen des Magmenaufstiegs gewarnt werden können.

Neues Gefahrenszenario am Nyiragongo

Die Studie untersuchte auch die Erdbebentätigkeit, die sich während und nach dem eigentlichen Vulkanausbruch bis unter den Kivusee erstreckte. Wie schon vermutet wurde, entstanden die Erdbeben durch Magma, dass in nur 500 m Tiefe durch die Erdkruste migrierte. Der unterirdische Lavafluss entsprach einer Dyke-Intrusion mit einem Volumen von 243 Millionen Kubikmeter, die vom Fördersystem des Nyiragongos ausging. Ähnliches erlebte man 2014 am isländischen Vulkan Bardarbunga. Dort kam es zu einem gewaltigen Lava-Ausbruch, einige Kilometer abseits des Vulkans. Im Kongo blieb die Schmelze im Erdboden unter dem Kivusee stecken. Im Seewasser sind große Mengen Kohlendioxid und Methan gelöst. Ich vermute, dass das Kohlendioxid aus Magmenköpern stammt, die bereits bei früheren Eruptionen unter den Seeboden eindrangen. Daraus ergibt sich für die Region ein weiteres Gefahrenszenario, denn wenn das intrudierte Magma eines Tages am Seeboden austreten sollte, können phreatomagmatische Eruptionen entstehen. Die Erschütterungen und geänderten Temperaturbedingungen des Seewassers könnten das gelöste Gas schlagartig freisetzten, mit verheerenden Folgen für die Anwohner des Kivu-Sees. (Quelle: nature.com)

Wasserdampf vom Vulkanausbruch in Tonga beeinflusst Klima

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Dass Vulkanausbrüche das Klima beeinflussen können ist bekannt. Normalerweise stehen große Eruptionen im Verdacht einen Temperaturrückgang zu verursachen, der im Extremfall sogar einen vulkanischen Winter auslösen kann, in dessen Folge es zu Ernteausfällen kommt. Dieser Temperaturrückgang wird von Vulkanasche und Aerosole verursacht, die sich in der Stratosphäre verteilen und das Sonnenlicht abschirmen. Aktuell wird auf der Südhalbkugel aber ein gegenteiliger Effekt beobachtet, nämlich dass die Temperatur der unteren Luftschichten leicht gestiegen ist. Dafür werden enormen Mengen Wasserdampf verantwortlich gemacht, der durch die Eruption des submarinen Vulkans Hunga Tonga-Hunga Ha’apai in die Atmosphäre geblasen wurde. Wissenschaftler von NOAA beziffern den Wasserdampf-Eintrag auf 146 Teragramm (146 Millionen Tonnen). Das entspricht etwa 10% mehr Wasserdampf, als ohnehin in der Atmosphäre vorhanden ist. Wir erinnern uns: Die Eruptionen des Vulkans in Tonga begannen im Dezember letzten Jahres und erreichten im Januar ihren Höhepunkt, als sich die junge Vulkaninsel in gewaltigen Eruptionen selbst zerlegte. Der Ausbruch gilt als die stärkste Eruption seit dem Untergang der Vulkaninsel Krakatau im Jahr 1883. Die Druckwellen der Eruptionen liefen mehrfach um den gesamten Globus. Vulkanasche und Gase stiegen bis in die äußeren Atmosphärenschichten auf. Es entstanden Tsunamis, die umliegende Inseln zerstörten. Anders, als bei anderen sehr starken Eruptionen, wurden vergleichsweise wenig Vulkanasche und Aerosole in die Atmosphäre eingetragen, da sich der größte Teil der Eruptionen unter Wasser zutrugen. So sollen nur 450.000 Tonnen Schwefeldioxid in die Luft gelangt sein. Zum Vergleich: der Pinatubo-Ausbruch 1991 förderte 20 Millionen Tonnen des Gases. Bereits früh hatten Forscher postuliert, dass der Wasserdampf zu einer temporären Zunahme der Lufttemperaturen führen könnte, da er den Treibhauseffekt verstärkt. Außerdem könnte sich der Wasserdampf nachteilig auf das Ozon-Loch auswirken, welches wiederum die Temperaturen beeinflussen könnte.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai-Eruption könnte einen strengen Winter bringen

Die Autoren von severe-weather.eu sehen aktuell einen weiteren Zusammenhang und schaffen eine Korrelation zwischen einer starken Temperaturabnahme in der Stratosphäre der Südpolarregion und einer leichten Temperaturzunahmen in der Stratosphäre der Nordpolarregion. Während eine kalte Stratosphäre einen stabilen Polarwirbel (Jetstream) bedingt, ist es bei warmen Höhewinden genau andersherum. Dann kann es zu einem stark mäandrierenden Polarwirbel kommen, so dass im Winter polare Luftmassen bis weit in die gemäßigten Zonen vordringen können. So liegt es im Bereich des Möglichen, dass wir ein Europa einen starken Winter erleben werden.

Im Angesicht der Energiekries können wir in Europa einen kalten Winter überhaupt nicht gebrauchen… Morphy’s Law!

Ich gebe zu bedenken, dass es vielleicht einen Zusammenhang zwischen der Eruption auf Tonga und den extremen Wetterereignissen geben könnte, die wir derzeit in vielen Teilen der Welt erleben: extreme Dürren in China, Europa, Ostafrika und Südwest-USA einerseits und genauso extreme Niederschläge in Südasien, auf der arabischen Halbinsel, Teilen von Südamerika und Ostasien. Offiziell sehen Wissenschaftler aber eine Zusammenhang mit dem Klimaphänomen La Nina, der kalten Schwester von El Nino.

Vulkanischen Zeitbomben: VEI 7 Vulkanausbrüche häufiger als angenommen

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Zahl besonders starker Vulkanausbrüche unterschätzt

Besonders starke Vulkanausbrüche mit einem VEI 7 oder 8 können das Weltklima stark beeinflussen und sogar einen globalen Winter verursachen. Die Häufigkeit solcher Ereignisse wurde bislang unterschätzt. Wissenschaftler sehen die Welt schlecht auf so eine Katastrophe vorbereitet. Dabei könnte eine besonders starke Eruption die Welt härter treffen und dramatischere wirtschaftliche Folgen haben, als die Corona-Pandemie. Zu diesem Schluss kommt eine Studie von Wissenschaftlern des Centre for the Study of Existential Risk (CSER) an der Universität Cambridge und von der Uni Birmingham, die jüngst in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht wurde.

Die Studie fußt auf die Untersuchung von Eisbohrkernen aus den Regionen der beiden Pole. Das Eis wurde auf Spuren des vulkanischen Gases Schwefeldioxid untersucht. Große Konzentrationen des Gases weisen auf starke Eruptionen hin. Gelangen Schwefeldioxid-Aerosole in die obere Atmosphäre, dann können sie eine Abkühlung der Erde verursachen. Den gleichen Effekt hat Vulkanasche, die infolge großer Eruptionen bis in die Stratosphäre aufsteigt und um die Erde verteilen kann. Es kommt zu einem vulkanischen Winter, der im Extremfall eine Kaltzeit auslösen könnte.

Wahrscheinlichkeit einer VEI 7 Eruption bei 1:625

Die Wahrscheinlichkeit, dass sich innerhalb von 100 Jahren eine starke Eruptionen mit einem VEI 7 oder größer ereignet, liegt bei einem Sechstel. Statistisch gesehen treten solche Ausbrüche alle 625 Jahre auf. Eruptionen mit einem VEI 8 sollen sich alle 14.300 Jahre ereignen. Bislang ging man davon aus, dass sich VEI 7 Ausbrüche in Zeitabständen von mehr als 1000 Jahren wiederholen. VEI 8-Eruptionen sollten sich in Zeitabständen von mehr als 10.000 Jahren ereignen. Genauere Forschungen ermittelten früher Wiederholungsintervalle von 1.200 Jahren für VEI 7 Eruptionen und 17.000 Jahren für Eruptionen mit einem VEI 8. Die neuen Forschungen zeigen also, dass VEI 7 Eruptionen fast doppelt so häufig vorkommen, als man bislang dachte.

Die Forscher untersuchten auch die klimatischen Auswirkungen von Serien kleinerer Eruptionen und kamen zu dem Schluss, dass auch sie das Weltklima beeinflussen können. Andere Studien untersuchten in letzter Zeit den Einfluss der weltweiten Gletscherschmelze und des Meeresspiegelanstiegs auf Häufigkeit und Stärke von Vulkanausbrüchen und kamen zum Ergebnis, dass beide Phänomene Eruptionen verstärken können. Zugleich müssen künftige Studien zum Klimawandel die Effekte von Eruptionen besser berücksichtigen.

Die Forscher kritisieren, dass Hunderte Millionen Dollar in die Erforschung der Asteroiden-Abwehr investiert werden, aber praktisch keine Anstrengungen unternommen werden, um die Folgen großer Vulkaneruptionen abzumildern. Dabei ist das Risiko einer klimaverändernden Eruption 100 Mal größer als ein Asteroideneinschlag mit ähnlichen Folgen. Eine VEI 8 Eruptionen würde sich auf unsere Zivilisation dramatisch auswirken und könnte deren Ende einläuten. Auf jeden Fall käme es zu einem Wirtschaftskollaps. Die Studie blieb allerdings die Antwort schuldig, wie denn eine bessere Vorbereitung auf einen Vulkanausbruch globalen Ausmaßes aussehen soll?

Der letzte Vulkanausbruch mit einem VEI 7 ereignete sich im Jahr 1815 am indonesischen Vulkan Tambora. Bislang unklar ist der genaue VEI der Eruption des Hunga Tonga-Hunga Haʻapai, die im Dezember 2021 begann und ihren Höhepunkt im Januar 2022 erreichte. Dieser Ausbruch wird als die stärkste Eruption seit Krakatau im Jahr 1883 angesehen. Da es sich um eine submarine Eruption handelte sind die Folgen nicht 1:1 vergleichbar. Krakatau brachte es auf einen VEI 6. Statistisch gesehen hätten wir also noch etwas Zeit, bis zur nächsten VEI 7-Katastrophe, aber Naturphänomene halten sich selten an Statistiken.