Erdbebenforschung: Teufelstreppe statt Poissonkurve

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Die Erdbebenforschung hat es sich zum Ziel gemacht, irgendwann einmal Erdbeben vorhersagen zu können. Bisher fütterte man Computermodelle mit mathematische Algorithmen, die davon ausgingen, dass starke Erdbeben in relativ geringen Tiefen Mustern folgen, die sich mit Hilfe einer Poissonkurve beschreiben lassen. Doch die Annahme, dass starke Erdbeben in regelmäßigen Zeitintervallen erfolgen erhielt einen starken Dämpfer: ein Forscherteam um Dr. Yuxuan Chen veröffentlichte eine Studie nach der die zeitliche Verteilung von Erdbeben der Teufelstreppe einer Cantorfunktion folgt.

Die Cantor-Funktion ist ein Fraktal, das durch nichtlineare dynamische Systeme demonstriert wird, in denen eine Veränderung in einem beliebigen Teil das Verhalten des gesamten Systems beeinflussen könnte. In der Natur findet sich das Muster unter anderem in Sedimentationsfolgen, Änderungen der Hebungs- und Erosionsraten und Umkehrungen im Magnetfeld der Erde.

Demnach treten starke Erdbeben in einer Region in Haufen (Custern) auf, die durch lange, aber unregelmäßige Intervalle seismischer Ruhe voneinander getrennt sind. Das widerspricht der These, dass sich der Stress an einer Störungszone gleichmäßig aufbaut und in mehr oder weniger regelmäßigen Intervallen in einem Erdbeben entlädt. Daher ist es auch unsinnig ein Erdbeben als statistisch Überfällig anzusehen.

Ein Grund, warum man bisher davon ausging, dass starke Erdbeben einer statistischen Regelmäßigkeit folgen, könnte darin liegen, dass man das Auftreten von Erdbeben noch nicht lange genug dokumentiert. Auch die Zeitabstände zwischen den Erdbeben einen Clusters könnten relativ lange sein und die Pausen zwischen den Clustern könnten um soviel länger sein, dass in den Erdbebenkatalogen vorhergehende Cluster überhaupt nicht erfasst sind.

„Die Faktoren, die die gehäuften Ereignisse steuern, sind komplex und könnten unter anderem den Stress, der ein Erdbeben stimuliert, Änderungen der Reibungseigenschaften und die Stressübertragung zwischen Fehlern oder Fehlersegmenten während eines Bruchs beinhalten“, sagte Gang Luo von der Universität Wuhan. Er merkte an, dass die Intervalle offenbar in umgekehrter Beziehung zur tektonischen Dehnungsrate im Hintergrund für eine Region stehen.

Die Studie hat enorme Auswirkungen auf die Risikoabschätzung in Erdbebengebieten: bisher ging man davon aus, dass nach einem starken Erdbeben mit einer Magnitude größer als 6 die gleiche Region nicht so bald wieder von einem weiteren starken Erdbeben heimgesucht wird. Doch die neuen Erkenntnisse gehen vom Gegenteil aus: wenn es erst einmal zu einem starken Erdbeben gekommen ist, steigt die Wahrscheinlichkeit für weitere starke Erdbeben in der Region deutlich an. Diese Erkenntnis deckt sich auch mit meinen eigenen Beobachtungen, auf die ich z.B. in Bezug auf die Erdbebenserien in Mittelitalien, Sulawesi, und Lombok hingewiesen habe. Gerade Erdbeben im 6-er Bereich scheinen nicht stark genug zu sein, um alle Spannungen eines Störungszonenbereichs abzubauen. Dafür können sie aber eine Art Kettenreaktion hervorrufen und Erdbeben in benachbarten Segmenten einer Störungszone auslösen.

(Quellen: seismosoc.org, Bulletin of the Seismological Society of America, 2020; doi: 10.1785/0120190148)

Japan: Erdbeben Mw 6,4

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Vor der Ostküste Japans ereignete sich gestern ein Erdbeben der Magnitude 6,4. Das Hypozentrum manifestierte sich in einer Tiefe von 42 km. Das Epizentrum befand sich 25 km südöstlich von Ōfunato und 121 km nordöstlich von Sendai-shi. In dieser Region bebte es auch im Jahr 2011, was den Tsunami auslöste in dessen Folge es zur Kernschmelze des Reaktors von Fukushima kam. Das aktuelle Erdbeben war allerdings deutlich schwächer und lag in größerer Tiefe, so dass keine Tsunamigefahr bestand. Trotzdem könnte es signalisieren, dass sich entlang der Subduktionszone neue Spannungen aufbauen und die Erdbebengefahr wieder steigt.

Island: Erdbeben M 4,5

Unter dem isländischen Gletschervulkan Bardarbunga bebte es mit einer Magnitude von 4,5. Das Hypozentrum lag in 7800 m Tiefe. Das Epizentrum manifestierte sich 7200 m östlich der Caldera. Es war das stärkste Beben im Bereich des Vulkans seit Monaten. Es folgten zahlreiche schwächere Nachbeben. Der Bardarbunga brach 2014 in einer der voluminösesten effusiven Eruptionen der letzten Jahrzehnte aus und kreierte nördlich des Gletschers ein großes Lavafeld. Die Caldera sackte um mehr als 100 m ab. Jetzt füllt sie sich langsam wieder.

Auch auf der Reykjanes-Halbinsel gab es weitere schwache Erdbeben. Allerdings ist die Anzahl neuer Beben rückläufig. In den letzten 48 Stunden wurden 87 Erschütterungen registriert. Viele davon lagen im Bereich von Grindavik und dem Vulkan Thorbjörn.

Update: Die Daten zum Beben wurden korrigiert: Die Magnitude wird nun mit 4,8 angegeben, die Tiefe mit 1400 m.

Erdbeben Indonesien

Südwestlich der indonesischen Insel Sumatra treten vermehrt moderate Erdbeben auf. Sie manifestieren sich an der Einfahrt zum Sunda Strait. In der Meerenge zwischen Sumatra und Java liegt der Inselvulkan Krakatau. Erdbeben in seiner Nähe triggerten scheinbar bereits mehrere eruptive Phasen.

Ein Häufung von Erdbeben ist auch im Bereich der Inseln Lombok und Bali zu verzeichnen. Die jüngste Erschütterung lag südlich von Bali und hatte die Magnitude 3,0. Die Tiefe wurde mit 64 km angegeben.

Ätna: Neuer Südostkrater eruptiert

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Update 20:00 Uhr: Die Ätna-Eruption endete genauso plötzlich wie sie begann: gegen mittag stürzte der Tremor ab und die Eruption endete. Seitdem bewegt sich der Tremor auf relativ niedrigem Niveau. Weitere eruptive Episoden aus dem NSEC sind in den nächsten Tagen durchaus möglich.

Originalmeldung: In den frühen Morgenstunden begann der Neue Südostkrater mit einer explosiven Tätigkeit. Gegen 5:30 Uhr UCT stieg der Tremor stark an, ähnlich wie wir es von paroxysmalen Eruptionen kennen. Glühende Tephra deckte das obere Drittel des Kegels ein. Sie stammte aus einer kleinen Lavaföntäne, die sich aus strombolianischen Eruptionen entwickelte. Laut dem VAAC Toulouse stieg eine Eruptionswolke bis auf einer Höhe von 4300 m ü.N.N. auf, was gut 1000 m über Gipfelhöhe entspricht. Aktuell sieht man auf der Livecam eine Asche-Dampf-Wolke aufsteigen. Eine ausgeprägte Wäremanomalie zeugt von der Eruption heißer Tephra.

Im Vorfeld der Eruption fluktuierte die Tremoramplitude stark und lieferte damit einen Hinweis auf die sich anbahnende Eruption. Jetzt nimmt der Tremor wieder etwas ab. Typisch für das Verhalten des Vulkans in den letzten Jahren, wäre nun eine Seitwärtsbewegung des Tremors unterhalb des Spitzenwertes. Der Ausbruch könnte mehrere Stunden, oder sogar Tage so weiter gehen. Die Initialphase der Eruption erinnert an einen Paroxysmus, ohne allerdings seine gewaltige Kraft zu entfesseln. Ein Lavastrom wurde bisher nicht eruptiert. Möglicherweise ist es der Auftakt zu einer neuen Eruptionsserie aus dem Neuen Südostkrater. Laut einem Bericht des INGVs hält die strombolianische Aktivität der Voragine ebenfalls an.

Klyuchevskoy: Aktivität hoch

Der Klyuchevskoy auf Kamtschatka steigerte seine Aktivität deutlich. Das VAAC Tokio meldet Vulkanasche in einer Höhe von 6700 m. MIROVA registrierte eine sehr hohe thermische Strahlung. Zeitweise hatte sie Spitzenwerte von mehr als 1500 MW. Auf den LiveCams konnte man nächtliche Rotglut beobachten. Sie beschränkte sich nicht nur auf den Kraterbereich, sondern ging auch von der Flanke aus. Das deutet darauf hin, dass mindestens Lavastrom floss. Aktuell verhindern Wolken die visuelle Beobachtung.

Karymsky in Eruption

Auf Kamtschatka eruptierte zudem der Karymsky Vulkansche. Das VAAC Tokio brachte mehrere Meldungen über Aschewolken heraus. Sie stiegen bis zu 2100 m auf. Der Vulkan ist nur schwer zu erreichen und wird üblicherweise per Heli angeflogen.

Kenia: Heuschrecken breiten sich aus

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Kenia bereitet sich auf eine der schlimmsten Heuschreckenplagen in historischen Zeiten vor. Tatsächlich droht die größte jemals beobachtete Heuschreckenplage in Ostafrika und Teilen von Arabien und Asien. Gerade brütet die 2 Welle der Plage. Sie wird 20 Mal größer sein als die erste Welle, was der normale Multiplikator zwischen jeder Heuschrecken-Generation ist.

In Kenia droht die Lage außer Kontrolle zu geraten: Die Heuschrecken haben Baringo-County erreicht und sich somit innerhalb weniger Wochen durch 3 Countys gefressen. Auf einer Fläche von 48 Quadratkilometern haben sich 50 Millionen  Heuschrecken gütig getan. Man versucht die Plagegeister von Flugzeugen aus mit Insektiziden zu bekämpfen, doch der Erfolg ist spärlich. Zudem drohen große Kollateralschäden. Es gibt Vorwürfe, dass die Regierung im Januar auf die drohende Gefahr nicht angemessen reagiert hätte. Irgendwie drängen sich da Parallelen mit dem zögerlichen Handeln unserer Politiker auf das Corona-Virus auf.

Eine Mitschuld an die rasante Verbreitung der Heuschrecken trägt der Klimawandel: Zyklone und eine besonders langanhaltende Regenzeit bedingten die guten Brutbedingungen. Beides ist auf ungewöhnlich hohe Wassertemperaturen im Indischen Ozean zurückzuführen. Während es in Ostafrika zu feucht ist, leidet Australien unter Trockenheit, was zu den bekannten Waldbrandproblemen führt.

Droht Deutschland ein neues Dürrejahr?

Ähnliche Probleme stellen die Landwirte Deutschlands vor große Herausforderungen: Obwohl es im Winter viel regnete, bleiben im Frühling die Niederschläge aus. Gerade jetzt, wo die Samen auf den Feldern Wasser zum Keimen benötigen. Im April fielen bisher nur 3% der üblichen Niederschlagsmengen. Für die nächste Woche wurde zudem starker Ostwind vorhergesagt, der Staubstürme verursachen könnte. Bodenerosion wird auch bei uns zunehmend zu einem Thema. Umso wichtiger wäre es jetzt, neue Infrastrukturen zu schaffen, um sich auf die Änderungen -die der Klimawandel mit sich bringt- vorzubereiten. Solche Vorhaben sind kostspielig und dauern Jahrzehnte! Doch auch hier fehlt es an Weitsicht der Politiker. Ähnlich wie bei der Pandemie, gibt es entsprechende Warnungen, die ebenfalls ignoriert werden. Dazu addieren sich die Probleme der fehlenden Saisonarbeiter im Zuge des Corona-Lockdowns, wovon überwiegend der Obst- und Gemüseanbau betroffen sind. 2020 könnte ein hartes Jahr für Landwirte werden und damit letztendlich für uns alle.

Ätna: Vulkanologen schlagen Alarm

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Gestern Abend veröffentlichte das INGV Catania gleich 2 Meldungen über den Ätna. Beide Mitteilungen handelten vom plötzlichen Anstieg der Tremoramplitude. In der 2. Meldung wurde die Herkunft des Tremor lokalisiert: der Neue Südostkrater (NSEC) wurde zum 2. Player des vulkanischen Geschehens und erzeugte strombolianische Eruptionen. Zeitweise waren also der Intrakraterkegel in der Voragine und der Sattelvent des NSEC aktiv. Betrachtet man den Verlauf des Tremors, erkennt man mehrere Hoch- und Tiefphasen in den letzten Tagen. So deutliche Variationen erlebten wir häufig bevor es zu Paroxysmen kam. Es ist also nicht auszuschließen, dass wir bald wieder stärkere Eruptionen aus dem NSEC erleben werden, zumal die Lavastromtätigkeit aus der Voragine tatsächlich vorbei ist. Das bestätigte eine Krater-Begehung von Mitgliedern des INGVs. Die Vulkanologen waren gestern Mittag am Gipfel unterwegs. Sie konnten strombolianische Eruptionen aus dem Intrakraterkegel beobachten und sichteten einen neuen Schlot in der Bocca Nuova. Dieser Krater wurden von der Lava aus der Voragine deutlich gefüllt und angehoben. Es bleibt spannend am mächtigsten Vulkan Europas.

Anak Krakatau: Lavastrom bestätigt

Die Mutmaßungen über einen Lavastrom, der in den vergangenen Tagen auf Anak Krakatau aktiv war, finden heute in einem neuen Satellitenbild Bestätigung. Die Aufnahme zeigt im Infrarotbereich 2 Wärmeanomalien: die Stärkste liegt im Bereich des Kraters, der sich nun deutlich über dem Meeresspiegel erhebt und nicht mehr mit Wasser gefüllt ist. Vom Krater ausgehend erkennt man eine kleine Landzunge die ins Meer hineinragt. Sie weist noch einen leichte Wärmesignatur auf und war vor wenigen Tagen noch nicht dort. Sie ist bei den jüngsten Eruptionen entstanden. Das Kind des Krakataus baut an und arbeitet nach dem Kollaps an einem neuen Kraterkegel. Allerdings sieht es jetzt so aus, als wäre nur ein kleiner Schub frischen Magmas aufgestiegen. Die seismische Aktivität hat sich deutlich verringert und liefert keinen Hinweis auf Magmenaufstieg.

Corona-Pandemie: Reproduktionszahl kleiner 1

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Nach den nur zögerlichen Shutdown-Lockerungen, die die Regierung Vorgestern verkündete, gibt es nun trotzdem Grund zur Hoffnung, dass die Epidemie in Deutschland ihren (vorläufigen) Höhepunkt überschritten hat. Das Corona-Virus befindet sich auf dem Rückzug! Das RKI vermeldete jüngst eine Reproduktionszahl von 0,7. Inzwischen stecken 10 Personen nur noch 7 andere Menschen an. Noch am Dienstag lag die Rate bei 1,2 (10 Personen steckten 12 an). Eine weitere wichtige Kennziffer ist die Verdopplungsrate der Infektionen. So war das ursprüngliche Ziel des Shutdowns die Verdopplungsrate auf 14 Tage zu senken, damit das Gesundheitssystem nicht überlastet wird. Mittlerweile strebt sie der 30-Tage Marke entgegen. Trotzdem geht die Regierung auf Nummer sicher und hört auf jene Virologen, die einen deutlichen Anstieg befürchten, sobald die Maßnahmen wesentlich gelockert werden. Unklar ist, ob der Rückzug des Erregers nur den Kontaktbeschränkungen zu verdanken ist, oder nicht auch mit den wärmeren Temperaturen zusammenhängt? Wie ich schon in früheren Berichten schrieb, sehe ich eine Korrelation zwischen dem Rückzug von Corona und den frühsommerlichen Temperaturen in jenen Ländern, in denen sich die Ausbreitung deutlich verlangsamte. Auch in Ländern der Subtropen und Tropen verbreitet sich das Corona-Virus deutlich langsamer als anderswo.

Sommerurlaub, ja, oder nein?

Solange es in den meisten Staaten Ausgangssperren und Lockdowns gibt, ist mit einer Rückkehr zum normalen Leben nicht zu denken. Das gilt insbesondere für Urlaubsreisen. Führende Politiker empfehlen, noch keinen Sommerurlaub zu buchen, sofern das nicht bereits geschehen ist. Ich persönlich habe mich von meinem Reiseprogramm bis zum Herbst verabschiedet und wäre angenehm überrascht, wenn man im Sommer wieder Auslandsreisen unternehmen kann. Vielleicht sind Reisen in die Nachbarländer bis dahin wieder möglich. Spanien, Italien und Frankreich werden ihre Grenzen bestimmt nicht so schnell für Urlauber öffnen. Ähnlich schlecht sieht es mit Staaten der Schwellenländer aus: da hier die Gesundheitssysteme bei weitem nicht so belastbar sind wie in Europa, ist die Sorge vor einer Epidemie besonders groß. Entsprechend restriktiv sind Ausgangssperren und Reisebeschränkungen. Hinzu kommt eine wachsende Ausländerfeindlichkeit in Ausnahmesituationen. So liest man in Sozialen Netzwerken vermehrt Hasskommentare gegen Deutsche. Vermutlich kommen sie dadurch zustande, dass Deutschland bis jetzt mit am Besten durch die Krise kommt. Tatsächlich gab es nicht nur verbale Anfeindungen in den Netzwerken. Im Ausland gestrandete Urlauber hatten wenig Gutes zu berichten, besonders wenn sie in Ländern Südamerikas strandeten. Last, but not least, wer will schon in einem engen Flugzeug sitzen, solange das Virus noch aktiv ist? Der Trend der nächsten Monate nach Aufhebung des Reiseverbotes wird zu Reisen im Inland gehen. Hier wird es dann Vielerorts eng zugehen.

Semeru: Pyroklastischer Strom

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Am Semeru auf Java wurde heute Morgen um 6:08 Uhr (Ortszeit) ein pyroklastischer Strom gesichtet. Nach Angaben des VSI floss er in 481 Sekunden gut 2000 m weit und erzeugte ein seismisches Signal mit einer Amplitude von 7 mm.  Die Vulkanologen registrierten ein weiteres Signal, dass von einer Schuttlawine erzeugt wurde. Es gab 14 Asche-Dampf-Exhalationen. Nachts wurden auch einige explosive Ausbrüche registriert. Die Aktivität des Vulkans ist groß. Bei weiterem Domwachstum werden die pyroklastischen Ströme häufiger auftreten und umliegende Siedlungen gefährden.

Ätna: hohe Anzahl an Infrasound-Ereignissen

Das LGS verzeichnet immer noch eine sehr hohe Anzahl an Infrasound-Ereignissen. Diese deuten auf anhaltende starke strombolianische Aktivität im Bereich des Zentralkraters hin. Die Thermalstrahlung ist vergleichsweise niedrig, so dass ich davon ausgehen, dass kein Lavastrom unterwegs ist. Visuelle Bestätigung des Geschehens gibt es momentan nicht.

Klyuchevskoy: anhaltende Ascheeruptionen

Die Tätigkeit am Vulkan auf Kamtschatka geht weiter. Das VAAC Tokio meldet Vulkanasche in einer Höhe von 6700 m. MIROVA verzeichnet eine hohe Thermalstrahlung mit einer Leistung von 142 MW. In der Nacht gab es Spitzenwerte von bis zu 570 MW. Das deutet auf Paroxysmen hin. Auf den Livecams erkennt man eine kleine Eruptionswolke aus dem Krater aufsteigen. Der Klyuchevskoy zählt zu den aktivsten Vulkanen der sibirischen Halbinsel.

Vulkane Ecuadors

Gestern rissen die Wolken am Sangay in Ecuador einmal auf und enthüllten den Lavastrom, der immer noch über die Vulkanflanke fließt. Der Strom wird von einem Dom aus gespeist und ist hochviskos. Von der Front des Stroms gehen Schuttlawinen ab, die Ascheströme verursachen können. Parallel zur effusiven Tätigkeit gibt es Explosionen, die Aschewolken bis auf einer Höhe von 5800 m fördern. Starke Regenfälle können Lahare auslösen die viel Schlamm in die umliegenden Flüsse eintragen. Die Lahare verfärben nicht nur das Wasser, sondern lassen die Pegel der Flüsse ansteigen, da die Ablagerungen das Wasser stauen. In den letzten Tagen regnete es zwar, aber überraschenderweise wurden keine Lahare generiert. Die Aktivität begann am 19. Mai 2019 und hält nun seit fast einem Jahr an.

In Ecuador ist auch der Reventador aktiv. Seine frequenten Explosionen lassen Vulkanasche bis auf einer Höhe von 800 m über dem Krater aufsteigen. Stärkere Explosionen fördern rotglühende Tephra, die auf den Vulkanflanken landet.

Das Thema Vulkane trat in Ecuador in den vergangenen Wochen in den Hintergrund: Schlagzeilen sorgten die vielen Corona-Toten, die tagelang in den Wohnungen liegen, bevor sie abtransportiert werden. Das Gesundheitssystem des Landes ist komplett überfordert.

Honduras: Erdbeben Mw 6,0

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Vor der Karibikküste von Honduras bebte es mit einer Magnitude von 6,2. Das Hypozentrum lag in 10 km Tiefe. Das Epizentrum manifestierte sich 58 km nördlich des Ortes Savannah Bight. Über Schäden ist bis jetzt nichts bekannt geworden. Das Erdbeben lag an der Weiterführung der Oriente-fault-zone, an der sich bereits am 28 Januar bei Kuba ein starkes Erdbeben der Magnitude 7,7 ereignete. In diesem Zusammenhang ist eine neue wissenschaftliche Studie interessant, in der eine neue mathematische Beziehung zur zeitlichen abfolge starker Erdbeben aufgestellt wurde. Demnach erfolgen starke Erdbeben in einer Region einer Cantorfunktion, die in der grafischen Darstellung einer Teufelstreppe entspricht. Sie widerspricht der klassischen Wahrscheinlichkeitsverteilung einer Poissonkurve: Erdbeben treten entlang einer Störungszone in Clustern auf, da ein Beben praktisch Folgebeben triggert. Doch dazu demnächst mehr in einem gesonderten Bericht.

Ätna: steigt die Aktivität?

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Am Ätna auf Sizilien könnte eine Aktivitätssteigerung bevorstehen. Das LGS erhöhte heute seine Vorwarnstufe von „gelb“ auf „orange“, da eine hohe Anzahl an Infraschall-Ereignissen detektiert wurde. Es findet scheinbar eine rege Aktivität strombolianischer Eruptionen im Zentralkrater statt. Ähnliches erlebten wir zu Beginn der Eruptionen im September. MIROVA registriert eine vergleichsweise geringe thermische Strahlung. Sie pendelt zwischen 3 und 12 MW. Das deutet darauf hin, dass die Lavaströme versiegt sind. Im Gegenzug steigerte sich dann die explosive Aktivität.

Stromboli mit hoher Thermalstrahlung

Anders als am Ätna verhält es sich am Stromboli. Aufgrund des Lavastrom war die Thermalstrahlung heute Nacht höher als üblich. MIROVA zeigte eine Wärmeanomalie mit einer Leistung von 73 MW an. Auf der Livecam konnte man die Glutspur glühender Lavabrocken erkennen, die von der Front des Lavastroms abbrachen und über die Sciara del Fuoco rollten. Heute Morgen sah man immer noch Schuttlawinen abgehen. Allerdings ist der Lavastrom nicht so weit geflossen, wie bei dem Ereignis vor einem Monat. Inzwischen verkündete das INGV das Ende des Stroms. Der Tremor und die explosive Aktivität bewegen sich im üblichen Rahmen. Eine besondere Bodendeformation wurde nicht registriert. Aufgrund der Erfahrungen der letzten 3 Jahrzehnte gehe ich davon aus, dass wir in den nächsten Wochen weitere Ereignisse dieser Art erleben werden.

Rincon de la Vieja: Größte Eruption der Serie

Am Vulkan in Costa Rica ereignete sich letzte Nacht die bisher größte Eruption der Serie, die vor einigen Wochen begann. Wolken verhinderten zwar die visuelle Beobachtung der Explosion, doch es wurde offenbar soviel Asche ausgestoßen, dass sie das Wasser des Flusses Pénjamo verfärbte und in eine schlammigen Brühe verwandelte. Da sich im Krater ein See befindet, könnten wirklich starke phreatomagmatische Eruptionen generiert werden. Zudem besteht die Gefahr von Laharen.