Forscher enthüllen neue Technik zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen

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Vulkanausbrüche und ihre Aschewolken stellen eine erhebliche Gefahr für die Bevölkerungszentren und den Flugverkehr dar, insbesondere für solche, die vorher nur wenige bis keine Anzeichen von Ruhelosigkeit aufweisen. Geologen der University of Illinois at Urbana-Champaign nutzen nun eine Technik, die traditionell in der Wetter- und Klimavorhersage eingesetzt wird, um neue Ausbruchsprognosemodelle zu entwickeln. Indem sie testen, ob die Modelle in der Lage sind, die Wahrscheinlichkeit vergangener Eruptionen zu erfassen, machen die Forscher Fortschritte in der Wissenschaft der vulkanischen Vorhersage.

Die in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichte Studie untersuchte die Ausbruchsgeschichte des Vulkans Okmok in Alaska. Im Jahr 2008 verursachte ein großer Ausbruch eine Aschewolke, die sich etwa 1,6 Kilometer in den Himmel über den Aleuten erstreckte – eine erhebliche Gefahr für Flugzeugtriebwerke entlang einer Route, die jeden Tag etwa 50.000 Menschen zwischen Asien und Nordamerika transportiert, sagten die Forscher.

“Der Ausbruch von Okmok 2008 kam etwas überraschend”, sagte Jack Albright, Absolvent der University of Illinois und Hauptautor der Studie. “Nach einem Ausbruch, der 1997 stattfand, gab es Perioden leichter Unruhe, aber nur sehr wenig Seismizität oder andere Vorzeichen von Eruptionen. Um bessere Prognosen zu entwickeln, ist es entscheidend, von der Norm abweichende Vulkanausbrüche zu verstehen.”

Geologen prognostizieren typischerweise Ausbrüche, indem sie nach etablierten Mustern von Voreruptionsunruhen wie Erdbebenaktivität, Dünung und Gasfreisetzung suchen, sagten die Forscher. Vulkane wie Okmok scheinen diesen etablierten Mustern jedoch nicht zu folgen.

Um neue Modelle zu entwickeln und zu testen, verwendete das Team eine nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte statistische Datenanalysemethode namens Kalman-Filterung.

“Die Version der Kalman-Filterung, die wir für unsere Studie verwendet haben, wurde 1996 aktualisiert und wird weiterhin in der Wetter- und Klimavorhersage sowie in der physikalischen Ozeanographie verwendet”, sagte Geologieprofessorin Patricia Gregg, Co-Autorin der Studie, an der Mitarbeiter der Southern Methodist University und der Michigan State University teilnahmen. “Wir sind die erste Gruppe, die die aktualisierte Methode in der Vulkanologie verwendet, und es stellt sich heraus, dass diese Technik gut für die einzigartigen Unruhen geeignet ist, die zu Okmoks Ausbruch 2008 geführt haben.”

Eines dieser einzigartigen Attribute ist der Mangel an erhöhter Seismizität vor dem Ausbruch, sagten die Forscher. In einer typischen Voreruptionssequenz wird angenommen, dass das Reservoir unter dem Vulkan die gleiche Größe hat, wie es sich mit Magma und heißen Gasen füllt. Diese Auffüllung bewirkt, dass der Druck in der Kammer steigt und die umgebenden Gesteine brechen und sich bewegen, was zu Erdbeben führt.

“Bei der Eruption 2008 scheint es, dass die Magmakammer größer wurde, um dem steigenden Druck standzuhalten, so dass wir nicht die vorangehenden seismischen Aktivitäten gesehen haben, die wir erwarten würden”, sagte Albright. “Wenn wir mit unseren Modellen oder dem Hintergedanken in der Zeit zurückblicken, können wir nun beobachten, dass sich seit Wochen Druck in den Felsen um die Kammer herum aufgebaut hat und das Wachstum des Magmasystems letztendlich zu dessen Versagen und Ausbruch führte.”

Diese neue Art der Rückwärts- und Vorwärtsmodellierung ermöglicht es Forschern zu beobachten, wie sich ein vulkanisches System im Laufe der Zeit entwickelt. “Während wir unsere Analyse nach dem Ausbruch 2008 gestoppt haben, sind wir nun in der Lage, dieses neue Modell rechtzeitig zu verbreiten, es in die heutige Zeit zu übertragen und vorherzusagen, wann der Vulkan Okmok das nächste Mal aktiv werden wird”, sagte Gregg.

Die Forscher gehen davon aus, dass diese Modelle weiterhin andere, weniger bekannte Vorläufer von Eruptionen finden werden, erkennen aber an, dass jeder Vulkan anders ist und dass die Modelle auf jedes einzelne System zugeschnitten werden müssen.


Veröffentlichung: J. A. Albright et al. Hindcasting Magma Reservoir Stability Preceding the 2008 Eruption of Okmok, Alaska, Geophysical Research Letters (2019). DOI: 10.1029/2019GL083395

Quelle: off. Pm der University of Illinois at Urbana-Champaign

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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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