Geophysiker der Universität Hamburg ermöglichen neue Vorhersagemethode für Vulkanausbrüche

Geophysikern der Universität Hamburg und der University of Wellington in Neuseeland ist es gelungen, die Grundlage für eine neue Vorhersagemethode für Vulkaneruptionen zu schaffen. Wie auch die heutige Ausgabe des Science Magazine berichtet (A. Gerst, M. K. Savage, Science 306, 1543; 2004), benutzten die Forscher hierfür seismische Wellen von entfernten Erdbeben, die sie auf dem Vulkan Mt. Ruapehu in Neuseeland aufzeichneten und ihn somit durchleuchteten. Hierbei hat sich gezeigt, dass sich eine wichtige Eigenschaft des Gesteins unter dem Vulkan nach einer Eruption im Jahr 1995 und 1996 drastisch verändert hat. Dies geschah in einer Weise, die es nahe legt, dass vor zukünftigen Ausbrüchen des Vulkans weitere dieser leicht messbaren Veränderungen auftreten werden, und somit eine Vorhersage von zukünftigen Ausbrüchen ermöglichen könnten.

Bei den Messungen der beiden Geophysiker Alexander Gerst (Universität Hamburg, Institut für Geophysik) und Martha Savage von der Victoria Universität in Wellington, Neuseeland, hat sich herausgestellt, dass der Spannungszustand des Untergrundes - also die Richtung des größten Druckes im Gestein - sich im Umkreis von mindestens 5 km um den Vulkan herum um beinahe 90 Grad gedreht hat, nachdem der Vulkan ausgebrochen war. Solch eine deutliche zeitliche Veränderung von seismischen Eigenschaften der Erde war bisher noch nirgends beobachtet worden. Die Wissenschaftler interpretieren diese Spannungs- und Druckveränderung als bisher unentdecktes Signal der sich zuerst auffüllenden und bei der Eruption entleerenden, spaltenförmigen Magmakammer unter dem Vulkan. Da sich vor jedem Ausbruch des Vulkans zuerst die Magmakammer mit aus dem Erdinneren stammendem Magma auffüllt, sind diese Veränderungen auch vor und nach zukünftigen Ausbrüchen zu erwarten. Und tatsächlich zeigte sich bereits im Jahr 2002 - 6 Jahre nach der letzten Eruption - dass die Spannungsrichtung am Mt. Ruapehu beginnt, sich wieder auf die Richtung von vor der Eruption zurückzudrehen. Solche Veränderungen können von Wissenschaftlern, die auf dem Vulkan einige seismische Stationen aufgestellt haben, verfolgt und ausgewertet werden. Überschreitet die Spannungsänderung z.B. einen gewissen Wert, so können die Wissenschaftler davon ausgehen, dass der Vulkan zum Leben erwacht, und dass ein neuer Ausbruch bevorsteht. "Wir konnten zeigen, dass die Technik prinzipiell sehr gute Chancen hat, zu funktionieren. Bis jetzt sind allerdings nur die Grundlagen erforscht, und viel weitere Arbeit muss geleistet werden, bevor eine wirkliche Vorhersage getroffen werden kann", so Alexander Gerst, der am Geophysikalischen Institut in Hamburg arbeitet und unter anderem Vulkane in der Antarktis und in Vanuatu erforscht.

Messung der Spannungen im tiefen Gestein von der Erdoberfläche aus

Um die Spannungsänderungen zu messen, die eine sich erweiternde Magmakammer in einer Tiefe von über 10 km erzeugt, müssen die Wissenschaftler eine besondere Technik anwenden, da  man in  solche Tiefen keine  Bohrlöcher mehr bohren kann. Diese wären aber ohnehin viel

zu teuer und unflexibel. Aus diesem Grund analysieren die Wissenschaftler Seismogramme von bis zu 250 km entfernten Erdbeben, die auf dem Vulkan von tragbaren Seismometerstationen aufgezeichnet werden. Die Erdbebenwellen durchqueren vor dem Erreichen der Erdoberfläche das Gestein unter dem Vulkan, und "durchleuchten" ihn somit wie bei einer Röntgenaufnahme. Anhand der Seismogramme können die Forscher dann mittels einer Methode, die man Scherwellenaufspaltung nennt, die sogenannte Anisotropierichtung im Untergrund feststellen, die gleichzeitig auch die Richtung der stärksten Spannung im Untergrund anzeigt. Genau diese Richtung hat sich aufgrund  des Vulkanausbruchs um beinahe 90 Grad gedreht, und dreht sich nun langsam wieder auf den Wert von vor dem Ausbruch zurück..

Vorhersagezeiten im Bereich von einigen Monaten bis zu wenigen Jahren.

Angesichts der Tatsache, dass bereits 10% der Weltbevölkerung im Gefährdungsbereich eines Vulkans wohnt und dieser Anteil zudem stark ansteigt, sind neue und verbesserte Vorhersagemethoden wichtiger denn je. Besonders im Bereich der mittelfristigen Vorhersage - d.h. einige Monate bis wenige Jahre im Voraus - könnte diese neue Methode wertvolle Dienste leisten. Denn bis zum heutigen Tag gelingt es Forschern bei Vulkaneruptionen oft nicht, zuverlässige Voraussagen über das Verhalten eines Vulkans zu treffen, die über den Zeitraum von wenigen Wochen hinausgehen. Die Forscher hoffen, dass die Methode nicht nur am Mt. Ruapehu angewendet werden kann, sondern auch an weiteren Vulkanen. Dies ist nicht selbstverständlich, denn jeder Vulkan hat sein eigenes, individuelles Verhalten, wenn es um die Anzeichen von Eruptionen geht. Doch die Forscher sind in diesem Punkt zuversichtlich, denn, so Gerst, "die Spannungseigenschaften des Untergrunds von Mt. Ruapehu sind ähnlich zu denen von zahlreichen anderen Vulkanen auf der Erde und legen damit nahe, dass diese Methode auch an diesen Vulkanen anwendbar sein wird". Deshalb liegt die Herausforderung nun darin, diese neue Vorhersagemethode bei einem zukünftigen Vulkanausbruch zu bestätigen und herauszufinden, ob sie auch an anderen Vulkanen auf der Erde anwendbar ist.

 Für Rückfragen:

Alexander Gerst
Tel.: (040) 428 38-5043
E-Mail: science04"AT"planet3.de

Peter Wiegand
Pressesprecher Universität Hamburg
Tel.: (040) 428 38-4521
E-Mail: peter.wiegand"AT"uni-hamburg.de