Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie man erkennt, wo ein Vulkan ausbricht

01.08.2019

Forschende des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ testen innovative Methode zur Vorhersage neuer Schlote im italienischen Vulkangebiet "Campi Flegrei" nahe Neapel. Das neue Verfahren verknüpft statistische Vorhersage mit physikalischen Modellen.

Bei den meisten Vulkanausbrüchen, die man im Fernsehen oder im Internet sehen kann, schießt das Magma direkt aus der Spitze des Vulkans. Dabei ist es nicht ungewöhnlich, dass das Magma eher aus der Flanke des Vulkans als aus seinem Gipfel ausbricht. Nachdem es die unterirdische Magmakammer verlassen hat, drängt das Magma seitwärts, indem es Gestein zerklüftet.


Luftaufnahme der Phlegräischen Felder mit alten Kratern.

Mauro Antonio di Vito/INGV

Manchmal legt es so Dutzende Kilometer zurück. Wenn es dann die Erdoberfläche durchbricht, erzeugt das Magma einen oder mehrere Schlote, aus denen es – manchmal explosionsartig – austritt. Man konnte diesen Vorgang beispielsweise beim Ausbruch des Vulkans Bárðarbunga in Island im August 2014 und beim Kīlauea auf Hawaii im August 2018 beobachten.

Abzuschätzen, wohin Magma fließt und wo es dann die Oberfläche durchbricht, ist in der Vulkanologie eine zentrale Fragestellung. Denn die Antwort darauf könnte dazu beitragen, das Risiko für gefährdete Dörfer und Städte zu verringern.

Nun haben Eleonora Rivalta und ihr Team vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam zusammen mit KollegInnen der Universität Roma Tre und des Vesuv-Observatoriums des italienischen Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Neapel eine neue Methode zur Erstellung solcher Durchbruchsprognosen entwickelt. Ihre Studie ist in der Zeitschrift Science Advances erschienen.

„Bisherige Ansätze basierten auf Statistiken über die Orte vorhergegangener Eruptionen“, sagt Eleonora Rivalta. „Unsere Methode verbindet Statistik mit Physik: Wir berechnen die Wege des geringsten Widerstands für aufsteigendes Magma und stimmen dann das Modell auf der Grundlage von Statistiken ab.“ Die Forschenden haben den neuen Ansatz erfolgreich mit Daten aus der Caldera Campi Flegrei in Italien getestet, einem der Vulkane mit dem höchsten Ausbruchsrisiko weltweit.

Wie ein mit Maulwurfshügeln bedeckter Rasen

Schlote an der Flanke eines Vulkans werden oft nur von einem einzigen Ausbruch genutzt. Alle Vulkane können solche einmaligen Schlote erzeugen, aber einige tun das mehr als andere. Ihre Flanken werden von Dutzenden von Öffnungen durchlöchert, deren Ausrichtung die Stellen markiert, an denen unterirdische Magmagänge die Erdoberfläche erreichten.

Bei Calderen, oft riesigen kesselartigen Strukturen, die sich kurz nach der Entleerung einer Magmakammer bei einem Vulkanausbruch bilden, können sich auch Schlote innerhalb und am Rand öffnen. Das liegt daran, dass es diesen Vulkanen an einem Gipfel als Zentrum eines neuerlichen Ausbruchs fehlt. "Calderen sehen oft aus wie ein mit Maulwurfshügeln bedeckter Rasen", sagt Eleonora Rivalta von GFZ.

Die meisten Caldera-Schlote wurden nur bei einem einzigen Ausbruch benutzt. Die daraus resultierenden verstreuten, manchmal scheinbar zufälligen Schlotverteilungen bedrohen großräumige Gebiete und stellen eine Herausforderung für VulkanologInnen dar, die Prognosekarten für den Ort zukünftiger Eruptionen erstellen. Solche Karten benötigt man auch zur genauen Vorhersagen von Lava- und pyroklastischen Strömen oder der Ausdehnung von Aschefahnen.

Die Schlot-Karten basieren bisher hauptsächlich auf der räumlichen Verteilung älterer Schlote: „In der Vulkanforschung geht man oft davon aus, dass sich der Vulkan künftig weiter so verhalten wird wie in der Vergangenheit“, sagt Eleonora Rivalta.

„Das Problem ist, dass oft nur wenige Dutzend Schlote auf der Vulkanoberfläche sichtbar sind, da große Ausbrüche dazu führen können, dass vergangene Eruptionsmuster überdeckt oder verwischt werden. So mathematisch anspruchsvoll ein Verfahren auch sein mag, eine dünne Datenlage führt dann zu groben Karten mit großen Unsicherheiten. Außerdem kann sich die Dynamik eines Vulkans mit der Zeit ändern, so dass die Schlote anders wandern als erwartet.“

Erfolgreiche Tests bei den Campi Flegrei

Deshalb hat die Physikerin Rivalta zusammen mit einem Team von Geologen und Statistikern die Physik der Vulkane genutzt, um die Prognosen zu verbessern. „Wir verwenden das aktuellste physikalische Wissen darüber, wie Magma sich unterirdisch ausbreitet, und kombinieren das mit einem statistischen Verfahren und dem Wissen über die Struktur und Geschichte des Vulkans. Wir stimmen die Parameter des physikalischen Modells so lange ab, bis sie mit früheren eruptiven Mustern übereinstimmen. Dann haben wir ein Arbeitsmodell und können damit zukünftige Ausbruchsstellen prognostizieren“, erklärt Eleonora Rivalta.

Der neue Ansatz wird in Süditalien auf die Campi Flegrei bei Neapel mit einer Einwohnerzahl von fast einer Million Menschen angewandt. In den Campi Flegrei, einer Caldera mit mehr als zehn Kilometern Durchmesser, haben etwa achtzig Schlote in den letzten 15.000 Jahren explosive Ausbrüche ausgelöst. Der neue Ansatz schneidet in retrospektiven Tests gut ab, das heißt, er sagt nachträglich die Position von Schloten richtig voraus, die nicht zur Abstimmung des Modells verwendet wurden, berichten die Forschenden.

„Der schwierigste Teil war, unseren Ansatz so zu gestalten, dass er für alle Vulkane funktioniert und nicht nur für einen – ihn zu verallgemeinern“, erklärt Rivalta. „Wir werden jetzt weitere Tests durchführen. Wenn unsere Methode auch bei anderen Vulkanen gut funktioniert, kann sie helfen, die Landnutzung in vulkanischen Gebieten besser zu planen und den Ort zukünftiger Eruptionen mit einer höheren Sicherheit als bisher vorherzusagen.“

Medienkontakt:
Josef Zens
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 331 288-1040
E-Mail: josef.zens@gfz-potsdam.de
Twitter: @GFZ_Potsdam

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Eleonora Rivalta
Arbeitsgruppenleiterin
Sektion Erdbeben- und Vulkanphysik
Helmholtz Centre Potsdam
GFZ German Research Centre for Geosciences
Telegrafenberg
14473 Potsdam
Tel.: +49 (0)331/288- 28659
E-Mail: eleonora.rivalta@gfz-potsdam.de

Originalpublikation:

Rivalta, E., Corbi, F., Passarelli, L., Acocella, V., Davis., T., Di Vito, M.A., 2019. Stress inversions to forecast magma pathways and eruptive vent location. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aau9784

Josef Zens | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Weitere Berichte zu: Erdoberfläche Eruptionen GFZ Helmholtz-Zentrum Magma Magmakammer Vulkan

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Höhere Treibhausgasemissionen durch schnelles Auftauen des Permafrostes
18.02.2020 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

nachricht Warum Lebewesen schrumpfen
18.02.2020 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

10.000-mal schnellere Berechnungen möglich

20.02.2020 | Physik Astronomie

Darmkrebs: Erhöhte Lebenserwartung dank individueller Therapien

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Krebsstammzellen nachverfolgen

20.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics