Frühe Warnsignale vor fatalem Kollaps des Krakatau-Vulkans

Drohnenaufnahme zwei Wochen nach dem Flankenkollaps. Der etwa 320 Meter hohe Vulkangipfel fehlt. GFZ

Am 22. Dezember 2018 stürzte eine Flanke des Vulkans Anak Krakatau in die Sundastraße, eine Meerenge zwischen den indonesischen Inseln Sumatra und Java und löste einen Tsunami aus, durch den 430 Menschen starben.

Ein internationales Forschungsteam unter der Führung von Thomas Walter vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam hat nun gezeigt, dass der Vulkan vor seinem Zusammenbruch deutliche Warnzeichen aussendete.

Das ergab die Auswertung einer großen Menge unterschiedlicher Daten, die bei Messungen sowohl vom Erdboden als auch von Drohnen und Satelliten aus erhoben worden waren. Satellitendaten zeigten beispielsweise schon Monate vor der Katastrophe eine erhöhte Temperatur und Bodenbewegung an der südwestlichen Flanke.

Zwei Minuten nach einem kleineren Erdbeben zeigten seismische Daten und niederfrequente Schallwellen dann das plötzliche Abrutschen eines großen Teils des Vulkans. Dieser Kollaps löste schließlich den tödlichen Tsunami aus. Die Forschenden wollen mithilfe der Analyse dieser komplexen Ereigniskaskade die Überwachung und Früherkennung bei anderen Vulkanen verbessern. Ihre Studie ist im Fachjournal „Nature Communications“ erschienen.

Vulkaninseln wie Anak Krakatau bestehen häufig aus nicht sehr stabilem Material. Ein Kollaps von Vulkanflanken kommt daher auf diesen Inseln immer wieder vor, wurde aber bislang nicht exakt vermessen.

„Wir konnten am Krakatau nun zum ersten Mal genauestens beobachten, wie der Abbruch einer solchen Vulkanflanke vonstattenging und welche Signale diesen ankündigten“, erklärt Thomas Walter, Vulkanologe am GFZ. In ihrer Studie am Anak Krakatau konnten die Forschenden beispielsweise zeigen, dass die Bewegung der Südostflanke über Monate in Richtung Meer eine Art Rutschbahn ausbildete.

Das plötzliche beschleunigte Abrutschen der Flanke ins Meer, der sogenannte Flankenkollaps, habe nur zwei Minuten gedauert, und sei durch Seismografen und Infraschall-Netzwerke gemessen worden noch bevor die ersten Ausläufer des Tsunami die Küsten erreicht hatten.

„Wir haben auf eine außergewöhnlich breite methodische Palette zurückgegriffen: Von der Satellitenbeobachtung bis hin zu bodengestützten seismischen Daten, vom Infraschall bis hin zu Drohnendaten, von Temperaturmessungen bis hin zur chemischen Analyse der Eruptionsprodukte“, sagt Thomas Walter.

„Der heute nahezu uneingeschränkte Zugang zu weltweiten Daten war dazu notwendig. Er erlaubte uns in den Tagen nach dem Tsunami an verschiedenen Standorten in verschiedenen Ländern zeitgleich an diesem Ereignis zu forschen.“

Verbesserte Überwachungssysteme als Ziel

Ähnlich wie beim Anak Krakatau könnten sich solche Ereignisse auch an anderen Vulkaninseln im Atlantik, Pazifik oder gar im Mittelmeer ankündigen, auf die die Ergebnisse der Studie dann vermutlich übertragbar seien, so Walter. „Wir gehen davon aus, dass Tsunami-Frühwarnsysteme auch Ereignisse berücksichtigen müssen, die durch Rutschungen erzeugt werden. Man sollte jene Vulkane, die rutschungsgefährdet sind, in die Überwachungssysteme integrieren.“

Der Seismologe Frederik Tilmann vom GFZ und der Freien Universität Berlin war ebenfalls an der Studie beteiligt. Er sagt, eine besondere Herausforderung bei der Analyse der Daten sei das ungewöhnliche seismische Muster des Flankenkollapses gewesen. Anders als bei tektonischen Erdbeben habe dieses nur zu einem geringen Teil aus hohen Frequenzen um 1 Hertz (1 Schwingung pro Sekunde) bestanden.

Stattdessen hätten die Erdbebenwellen stärkere Anteile im Bereich niedriger Frequenzen bis etwa 0,03 Hertz (1 Schwingung pro 35 Sekunden) enthalten. „Diese Eigenschaft war die Ursache dafür, dass das Ereignis in keiner Routineauswertung detektiert worden ist“, so Tilmann.

Der Aufwand für Überwachungssysteme lohne sich, da ein Großteil der Todesopfer an Vulkanen in den vergangenen zwei Jahrhunderten nicht durch die Ausbrüche selbst, sondern durch Rutschungen und Tsunami umgekommen seien, so Walter. Die neuen Ergebnisse zeigten, dass die Gefahr durch kollabierende Vulkane bislang unterschätzt worden sei. Es gelte nun zunächst die besonders gefährdeten Vulkane zu identifizieren und dort bestehende Messmethoden durch zusätzliche Sensoren und neue Algorithmen für die Auswertung zu ergänzen.

„Wir sind zuversichtlich, dass sich mit unseren Erkenntnissen verbesserte Überwachungssysteme entwickeln lassen“, so Walter.

Originalstudie:
 Walter, T.R., Haghshenas Haghighi, M., Schneider, F.M. et al., 2019. Complex hazard cascade culminating in the Anak Krakatau sector collapse. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-019-12284-5
https://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-12284-5

Bildmaterial:

Drohnenaufnahme zwei Wochen nach dem Flankenkollaps. Der etwa 320 Meter hohe Vulkangipfel fehlt (Foto: GFZ).

https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/19/11209-de_Flankenkollaps-Krakatau_GFZ.j…

Seismische Aufnahmen zeigen nur zwei Minuten vor der Rutschung ein kleines Erdbeben. Die Rutschung dauerte zwei bis drei Minuten, unmittelbar gefolgt vom Ausbruch des Anak Krakatau (Abb.: GFZ).
https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/19/11206-de_Seismik-Krakatau_GFZ.jpg



Auswertungen von Satelliten Radaraufnahmen (Satellit: Sentinel_1A/B) der Europäischen Weltraumbehörde ESA zeigen über 30 Zentimeter Bewegung der Südwestflanke (in roter Farbe) (Abb.: Produced from ESA remote sensing data, image processed by GFZ).
https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/19/11207-de_Rutschung-Krakatau_ESA-GFZ.jp…



Radaraufnahmen des deutschen TerraSAR-X- Satelliten zeigen die Form des Anak Krakatau vor (links) und nach dem Flankenkollaps (rechts). Radarsatelliten können selbst durch dichteste Wolken „sehen“, somit auch die Eruption eines Vulkans erfassen (Datengrundlage: TerraSAR-X (DLR), Bildbearbeitung: GFZ).

https://media.gfz-potsdam.de/gfz/wv/pm/19/11208_Radaraufnahmen-Krakatau_TerraSAR…

Wissenschaftlicher Kontakt:

Priv. Doz. Thomas Walter

Arbeitsgruppenleiter

Sektion Erdbeben- und Vulkanphysik

Helmholtz-Zentrum Potsdam

Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Tel.: +49 (0)331/288-1253

E-Mail: thomas.walter@gfz-potsdam.de

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Originalstudie:
 Walter, T.R., Haghshenas Haghighi, M., Schneider, F.M. et al., 2019. Complex hazard cascade culminating in the Anak Krakatau sector collapse. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-019-12284-5
 https://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-12284-5

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