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)