Wann Erdbeben Vulkanausbrüche triggern können

Schon seit langem rätseln Geowissenschaftler über das komplizierte Verhältnis zwischen tektonischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen. Das Vulkanausbrüche Erdbeben auslösen können, ist seit langem bekannt, doch die umgekehrte Fragestellung ist bisher nur unzureichend erforscht gewesen. Einige Studien belegen zwar die Existenz des Phänomens, doch welche Mechanismen genau dahinter stecken blieb lange im Verborgenen. Doch eine neue Arbeit, die in Zusammenarbeit der University of Canterbury (Neuseeland) und dem deutschen GeoForschungsZentrum, sowie der Universität Potsdam durchgeführt wurde, lüftete das Rätsel weiter.

Die Forschergruppe um Gilles Seropian und Thomas Walter zeigte, dass Vulkanausbrüche sehr selten von Erdbeben ausgelöst werden. Zudem bestätigten sie, dass das räumliche- und zeitliche Fenster, in dem es nach einem Erdbeben zu einer Eruption kommen kann sehr groß ist. So können Vulkanausbrüche von einem tektonischen Erdbeben getriggert werden, dessen Epizentrum bis zu 1000 km entfernt lag. Es wurde sogar beobachtet, dass Erdbeben in mehreren Tausend Kilometern Entfernung Unruhen am Vulkan ausgelöst haben. Oft brechen die Vulkane dann zeitnahe aus, doch in einigen Fällen ereignete sich eine Eruption erst nach 2-5 Jahren. Allerdings muss der Vulkan schon für eine Eruption bereit gewesen sein. Schlafende Vulkane werden wohl nicht durch Erdbeben geweckt.

Schema der wichtigsten seismischen Trigger-Mechanismen in Vulkanen. Die gelben Schriftzüge bezeichnen statische Spannungen, schwarze und weiße dynamische. (Quelle: CCBY 4.0: Seropian et.al. Nat Commun 12, 1004 (2021))

Neue Klassifizierung von Vulkantypen in Bezug auf die Triggerfähigkeit von Eruptionen durch Erdbeben

Die durch ein Erdbeben entstehenden Erschütterungen und Spannungen können im Vulkansystem vielfältige Reaktionen bewirken: Es können sich Risse im Gestein bilden, Magma kann in Bewegung versetzt werden, und die Druckverhältnisse Magmatischer Fluide können sich ändern. Zu diesen Erkenntnissen gelangten die Forscher durch die Analyse verschiedener Studien, aus denen sie ein neues Modell generierten. Es gelang ihnen eine Klassifizierung von Vulkanen zu erstellen, bei der aufgeführt ist, wie Vulkane auf verschiedene Schlüsselmechanismen, die von Erdbeben ausgelöst werden reagieren können. Ob- und wie Vulkane auf Erdbeben reagieren, hängt demnach im wesentlichen von 3 Parametern ab: der Viskosität des Magmas, seinem Gasgehalt und dem Vorhandensein Hydrothermaler Systeme. Diese reagieren besonders empfindlich auf Erdbeben: wird ein Hydrothermalsystem von einem Erdbeben destabilisiert, können Fluide bis zur Magma durchdringen und eine Explosion auslösen.

Die fünf wichtigsten Vulkantypen mit Beispielen und einer Liste der möglichen Trigger-Mechanismen. Die drei vulkanischen Schlüsselkriterien: (1) Hellrot – niedrige Viskosität, Dunkelrot – hohe Viskosität, (2) ein Kanal bis zur Oberfläche stellt ein offenes System dar, während ein Kanal, der in der Tiefe aufhört, ein geschlossenes System darstellt, (3) ein hydrothermales System ist mit „HS“ gekennzeichnet und als blauer Bereich über der Magmakammer dargestellt. (Quelle: CCBY 4.0: Seropian et.al. Nat Commun 12, 1004 (2021))

Die Forscher sehen es als besondere Herausforderung an, die Zusammenhänge zwischen tektonischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen über große zeitliche- und räumliche Distanzen zu erkennen, um daraus eine neue Überwachungsstrategie für die seltenen Ereignisse zu entwickeln, bei denen tatsächlich Vulkanausbrüche durch Erdbeben getriggert werden.

(Quellen: GFZ-Potsdam, DOI: 10.1038/s41467-021-21166-8)

Island: Erdbeben und Dyke

Auf der isländischen Reykjanes-Halbinsel hat sich ein weiteres Erdbeben mit einer Magnitude über 5 ereignet. Genauer, hatte es die Magnitude 5,1 in 6 km Tiefe. Das Epizentrum befand sich südwestlich vom Fagradalsfjall. Insgesamt hatte sich die Seismizität bereits vor dem stärkeren Erdbeben erhöht. IMO zeigt -in seiner Erdbeben-Tabelle für die letzten 48 Stunden- 49 Erdbeben mit Magnituden größer als 3 an. Insgesamt wurden 2233 Erschütterungen registriert. Heute Morgen lies die Erdbebenintensität dann wieder nach, doch jeder Zeit kann es einen neuen Schub geben.

Anhand der geophysikalischen Parameter wurde nun die Zone der Magmenintrusion genauer bestimmt und visualisiert. Demnach hat sich ein fast 7 km langer Magmatischer Gang (Dyke) gebildet, der gut 3-4 km hoch, aber nur 1 m breit ist. Der Dyke wird an seinem Boden durch einem Förderkanal gespeist. Dort strömen pro Sekunde zwischen 15 und 20 Kubikmeter Magma nach, so dass der Dyke weiter nach Süden migriert. In den letzten 2 Wochen breitete sich der Dyke so um ca. 2 km aus. Die Magmen-Migration verursacht die Erdbeben, indem das Magma das umliegende Gestein verdrängt und brechen lässt.

Der Dyke hat ein Gefälle und steckt schräg in der Erde. Im Süden befindet er sich nur noch 1 km unter der Erdoberfläche, im Norden beim Keilir, sind es 2 km. So liegt die Vermutung nahe, dass es am ehesten im Süden beim Fagradalsfjall zu einer Eruption kommen wird. Das wird auch durch die seismische Aktivität und Bodendeformationen bestätigt. Die Forscher vermuten sogar, dass sich das Magma am Nordende des Dykes bereits verfestigen könnte. Der isländische Fernsehsender RUV interviewte den Geophysiker Freysteinn Sigmundsson und der sieht Analogien zur Fimmvörduháls-Eruption im Jahr 2010. Er erwartet eine ähnliche Spalteneruption wie damals, nur mit dem Unterschied, dass es wahrscheinlich im Anschluss nicht zu einer explosiven Eruptionsphase wie am Eyjafjallajökull kommen wird.

Island: Magmenintrusion wahrscheinlich

Update 03.03.21: Die Intensität des Erdbebenschwarms hat in der Nacht weiter abgenommen. Erdbeben mit Magnituden ab 3 werden nur noch sporadisch registriert. Dennoch werden für die letzten 48 Stunden noch 1761 Erdbeben angezeigt. Die meisten Beben ereignen sich in einem Gebiet zwischen den Vulkanen Fagradalsfjall und Keilir. Es gibt auch einige Beben an der Westspitze von Reykjanes. In mehreren Zeitungsartikeln ist zu lesen, dass die Vulkanologen nicht ausschließen können, dass es bald zu einer Eruption kommt. Allerdings halten sie es für wahrscheinlicher, dass die Magmenintrusion in der Erdkruste stecken bleibt.

Originalmeldung: Das starke Schwarmbeben unter der isländischen Reykjanes-Halbinsel geht weiter, allerdings mit leicht reduzierte Intensität. Nichtsdestotrotz tagte gestern der isländische Wissenschaftsrat per Videoschaltung und diskutierte das Geschehen. Es wurden u.a. neue INSAR-Satellitenfotos diskutiert, die massive Bodendeformationen offenlegten. Die Wissenschaftler halten eine Magmenintrusion für die wahrscheinlichste Ursache des starken Erdbebenschwarms und der Bodendeformation. Einen Zusammenhang, den viele von uns bereits ahnten, fühlten sie sich doch an die Geschehnisse vor der Bardarbunga-Eruption von 2014 erinnert. Bevor es damals zu der Eruption kam, gab es Wochenlang ähnliche Erdbeben. Allerdings war dort ein großer Zentralvulkan involviert, den man eine entsprechend starke Magmenförderung zugetraut hatte. Auf Reykjanes gibt es hingegen viele Spaltensysteme, die sich in historischen Zeiten überwiegend durch kleinere Eruptionen bemerkbar machten. So sprachen die Wissenschaftler im letzten Jahr noch davon, dass es -wenn überhaupt- bei Grindavik nur zu einer kleineren Eruption kommen würde. Zugegeben, damals waren die Erdbeben nicht annähernd so intensiv wie jetzt, aber was sich nun zusammenbrauen könnte, hat ganz andere Dimensionen. Trotzdem, es ist immer noch nicht sicher, dass es zu einer Eruption kommen wird, die Möglichkeit ist allerdings gegeben. Und je länger die Beben in dieser Stärke andauern, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit dafür. Bei den letzten beiden größeren Spalteneruptionen am Eyjafjallajökull und Bardarbunga dauerten die Erdbeben mehr als 1 Monat an, bevor es zu den Eruptionen kam.

Erdbeben-Update 26.02.21: Island

Erdbeben Island
Vertikaler Bodenversatz von mindestens 10 cm. © Sotiris Valkaniotis via Twitter

Heute Morgen gab es ein weiteres Erdbeben der Magnitude 5,2. Die Schwarmaktivität bleibt hoch! Gestern Abend brachte IMO noch ein offizielles Statement zum Geschehen heraus. Indem wurde praktisch das bestätigt, was ich schon weiter unten berichtet habe: Die Hauptstörungszone der Reykjanes-Halbinsel wurde auf einer Länge von 25 km aktiviert und es fand eine linksdrehende Horizontalverschiebung statt. Zudem gab es oberflächennahe Brüche an senkrecht stehenden Störungssystemen. Einen direkten Zusammenhang mit Magmenintrusionen sehen die IMO-Forscher nicht. Dennoch ordnen sie das Schwarmbeben in die Geschehnisse ein, die letzten Jahr begannen. Man sieht eine groß angelegte vulkanisch-tektonische Reaktivierung der Reykjanes Halbinsel. Es bleibt also spannend!

Der massive Erdbebenschwarm legt heute Nachmittag wieder deutlich zu und es gab 4 Erdbeben mit Magnituden über 4. Langsam trudeln auch weitere Daten und Interpretationen des Geschehens ein. Mehrere Autoren werteten INSAR-Satellitenbilder aus und detektierten deutliche Bodendeformationen. Ungewöhnlich an dieser Bebenserie ist nicht nur Anzahl und Stärke der Erschütterungen, sondern auch, dass sie sich über ein relativ großes Gebiet verteilen. Die meisten Beben gibt es entlang der grob Südsüdwest-Ostnordost streichenden Hauptverschiebungszone auf Reykjanes, die Teil des Mittelatlantischen Rückens ist. Hier gibt es Bodenbewegungen auf einer Länge von über 20 km. Zudem ereignen sich Erdbeben an kurzen Störungen, die fast senkrecht zur Hauptstörungszone angeordnet sind. An einer diese senkrechten Störungen ereignete sich das bislang stärkste Beben mit der Magnitude 5,7. Dieses Beben gilt nicht als Auslöser des Schwarms, sondern als Folgebeben der Bewegungen entlang der Hauptstörung. Sigurjón Jónsson geht von einer links-lateralen Blattverschiebung in der Tiefe aus. Sie soll an der Oberfläche entgegengesetzte Bewegungen ausgelöst haben, die zum Bruch des Gesteins führten. Was genau im Untergrund passiert und ob es einen Zusammenhang mit Magmenaufstieg gibt, ist bisher allerdings unklar.

Ätna: Schwarmbeben im Nordosten

Gestern Abend manifestierte sich ein Erdbebenschwarm auf der Ätna-Nordostflanke. Das INGV meldet 8 Erdbeben mit Magnituden ab 2. Die beiden stärksten Beben brachte es auf M 3,2. Die Epizentren wurden 5 km südwestlich von Linguaglossa lokalisiert. Die Hypozentren lagen sehr flach. Die Tiefenangaben schwanken zwischen 0 und 1 km. Das ist sehr ungewöhnlich, normalerweise liegen die Beben in mindestens 4-5 km Tiefe. Wie viele schwächere Erschütterungen es gegeben hat, wird beim INGV erst in 2 Tagen angezeigt.

Wahrscheinlich handelt es sich um tektonisch bedingte Erdstöße entlang des Pernicana-Störungssystems. Beben hier sind nicht neu. In der Vergangenheit signalisierten sie oft, dass sich der Ätna auf eine größere Eruption vorbereitet. Allerdings lässt sich der Zeitraum, wann sich wohl möglich eine Eruption ereignen wird nicht wirklich eingrenzen.

Bekanntestes Beispiel ereignete sich im Jahr 2002. Am 22. September kam es zu einem Erdstoß der Magnitude 3,7. Am 26. Oktober setzte ein massives Schwarmbeben ein. Ein Tag später begann die Flankeneruption. Ein Szenario, dass sich jederzeit wiederholen könnte, auch wenn die Wahrscheinlichkeit dafür nicht sehr hoch ist.

Karymsky eruptierte Asche

Im fernen Kamtschatka eruptierte der Karymsky kleinere Aschewolken. Das geht aus 2 VONA-Meldungen des VAAC Tokio hervor, die am 25. und 26. September veröffentlicht wurden. Die Asche stieg bis auf einer Höhe von 1800 m ü.N.N. auf und driftete in nördlicher Richtung. In den letzten Jahren ist der Karymsky nur sporadisch aktiv.

Semeru bricht weiterhin aus

Auf der indonesischen Insel Java ist es der Semeru, der frequente Eruptionen erzeugt. Beobachter am Boden berichteten von kleinen Aschewolken, deren Höhe nicht bestimmt werden konnte. Das VSI registrierte 43 seismische Eruptionssignale mit Maximal-Amplituden von 21 mm und einer Dauer von bis zu 220 Sekunden.

Suwanose-jima in Eruption

Der japanische Inselvulkan ist wieder aktiv und eruptiert strombolianisch. Das VAAC registrierte seit gestern 5 Eruptionen. Tephra stieg bis auf einer Höhe von 1500 m über dem Meeresspiegel auf.

Hasan Dağı: Gasemissionen nach Erdbeben

Eine ungewöhnliche Meldung aus der Türkei kombiniert Erdbeben mit Vulkanismus. Am Sonntag bebte es im Grenzgebiet der Provinzen Aksaray und Niğde mit einer Magnitude von 5,3. Das Epizentrum wurde 23 km nordöstlich von Emirgazi lokalisiert. Der Erdbebenherd lag in nur 3 km Tiefe. Knapp 30 km nordwestlich des Epizentrums befindet sich der Vulkan Hasan Dağı. Mit einer Höhe von 3.268 m stellt er die 2. höchste Erhebung Zentralanatoliens dar. Der Vulkan gilt als inaktiv, brach aber wahrscheinlich zuletzt vor gut 8600 Jahren aus und müsste demnach als aktiver Vulkan geführt werden. Hinweise auf den Ausbruch liefern Wandmalereien, die in der jungsteinzeitlichen Siedlung Çatal Höyük entdeckt wurden und einen Vulkanausbruch darstellen. Bei den Wandmalereien handelt es sich um die ältesten bildlichen Darstellungen eines Vulkanausbruchs.

Während des Pleistozäns eruptierte der Hasan Dağı viel von dem Material der Tuffschichten, in denen später die Höhlenwohnungen von Kappadokien gegraben wurden. Die Stadt Göreme ist hier das touristische Zentrum der Region und dürfte vielen Reisenden ein Begriff sein. Die Tuffschichten zeugen davon, wie stark der Hasan Dağı ausbrechen konnte. Soweit, so gut. Nun machen Videos die Runde durch die Sozialen Medien, die nach dem Erdbeben entstanden und Gasaustritte zeigen. Scheinbar handelt es sich um neue Fumarolen, die sich nahe des Gipfelkraters gebildet haben. Ein Team aus Geologen will nun Gasproben nehmen und diese analysieren. Gasausbrüche kommen nach Erdbeben immer wieder vor und müssen nicht im Zusammenhang mit dem Vulkanismus stehen. An einem Vulkan kann man allerdings davon ausgehen, dass es sich wahrscheinlich um magmatische Gase handelt.

Natürlich beschwichtigen offizielle Stellen und wollen Panik in der Bevölkerung vermeiden. Die Gefahr eines unmittelbar bevorstehenden Vulkanausbruchs in der Türkei sehe ich bis jetzt auch noch nicht, allerdings gibt es Nachbeben und man kann nicht ausschließen, dass sich der Vulkan auf eine Eruption vorbereitet. Sollte es zu einem Ausbruch kommen, dann wird dieser bestimmt noch einige Zeit auf sich warten lassen. Es wäre ein schönes Beispiel dafür, dass Erdbeben Vulkanausbrüche triggern können.

Italien: Erdbeben im Tyrrhenischen Meer

Seit letzen Freitag gab es mehrere Erdbeben unter dem Tyrrhenischen Meer zwischen Sizilien und Kalabrien. Die Erdstöße manifestierten sich 25 km westlich des Ortes Cirella und gut 85 km nördlich der Vulkaninsel Stromboli. Das stärkste Beben der Serie hatte die Magnitude 4,6 und lag in 11 km Tiefe. Die folgenden Beben sind als Nachbeben zu verstehen und waren allesamt schwächer.

Die Menschen der Region zeigen sich besorgt und so scheinbar auch einige Seismologen. In einem italienischen Medienbericht heißt es, dass die Forscher die Region seit einigen Jahren genau beobachten. Besonders prekär ist die Situation, weil es in der Region eine Reihe submariner Vulkane gibt. Seit langem bekannt ist der Marsili seamount, der gut 40 km von der Erdbebenregion entfernt liegt. Bei ihm handelt es sich um einen der größten Unterwasservulkane des Mittelmeeres. Ein großer Hangrutsch könnte einen Tsunami auslösen. Wenige Kilometer nördlich liegt die Vulkankette von Palinuro, die sich entlang einer Blattverschiebung bildete. Doch dem nicht genug. Erst kürzlich wurde ein weiteres submarines Vulkanfeld genauer untersucht, dass sich östlich von Palinuro befindet. Es besteht aus mehreren vulkanischen Manifestationen, von denen Diamante, Enotrio und Ovidio die bedeutendsten sind. Sie liegen nur 15 km vor der Küste Kalabriens. Ihr Alter wird mit ca. 780.000 Jahren angegeben. Die aktuelle Bebenserie manifestiert sich im Bereich dieser Vulkane.

Vulkanismus und Erdbeben des Tyrrhenischen Meeres stehen im Zusammenhang mit der Kollision der Kontinentalen Platten von Europa und Afrika. Der Adriatische Sporn (auch Apullischer Sporn genannt) ist ein Teil Afrikas und liegt unter der Adria im Osten des italienischen Stiefels. Er drückt im Norden gegen die Alpen und lässt diese wachsen. Südlich des Sporns drückt die Ionische Platte gegen die Ostküste Kalabriens und wird unter Italien subduziert. Hinter der Subduktionszone und schon auf der Westseite des italienischen Stiefels, entstehen so die Vulkane. Das hier aufsteigende Magma entsteht durch partielles Schmelzen der subduzierten Kruste. Bei den tektonischen Prozessen der Region spielt aber auch die Absenkung des Tyrrhenischen Beckens eine Rolle. Hierbei entstanden lokale Störungszonen an denen sich Erdbeben ereignen und Vulkane entstanden.

Chile: Erdbeben Mw 6,8

An der chilenischen Küste ereignete sich ein Erdbeben der Magnitude 6,8. Das Hypozentrum wird mit 28 km Tiefe angegeben. Das Epizentrum lag wenige Kilometer offshore, in der Region Maule und 47 Kilometer westlich der Stadt Constitución. Aufgrund der Tiefe des Erdbebenherdes, halte ich einen Tsunami für unwahrscheinlich. Schäden in nahe gelegenen Orten sind möglich. Es folgten bereits einige moderate Nachbeben. In der Region gibt es einige Vulkane und das Erdbeben könnte einen Ausbruch triggern.

Philippinen: Erdstoß M 6,2

Die philippinische Region Mindanao wurde von einem Erdbeben der Magnitude 6,2 erschüttert. Die Tiefe des Erdbebenherdes wird mit 89 km angegeben. Demnach handelt es sich also genaugenommen um ein Mantelbeben. Das Epizentrum befand sich offshore, 84 km südöstlich des Dorfes Pondaguitan. Über Schäden liegen keine Meldungen vor.

Puerto Rico: Zahlreiche Nachbeben

In der Karibik gibt es zahlreich Nachbeben nordwestlich von Puerto Rico. Dort ereignete sich am 24. September ein Erdstoß der Magnitude 6,0. Heute noch gibt es zahlreiche Nachbeben mit Magnituden im 3-er Bereich. Auch nordöstlich des Inselstaates gibt es einen Cluster mit Erdbeben zu bewundern. Dieser stammt von einem Schwarmbeben, das sich gestern vor den Virgin Islands manifestierte. Es ist nicht auszuschließen, dass sich in der Region ein größeres Erdbeben zusammenbraut.

Island: Erdbeben M 3,3

43 km südwestlich der isländischen Küste ereigneten sich zwei Erdbeben mit Magnituden 3,3 und 3,1. Die Hypozentren befanden sich in 10 km Tiefe. Die Epizentren lagen 133 km westlich der Hauptstadt Reykjavík.

Long Valley Caldera mit weiteren Beben

Die Long Valley Caldera im US-Bundesstaat Kalifornien kommt nicht zur Ruhe: heute ereigneten sich weitere Erdbeben im Magnituden um 2. Insgesamt wurden in den letzten 4 Wochen im Bereich der Caldera mehr als 1000 Erschütterungen registriert. Es ist nicht auszuschließen, dass die Beben im Zusammenhang mit Magmenaufstieg stehen.

Istanbul: Unwetter richtet Zerstörungen an

Ein starkes Unwetter hat gestern in der türkischen Metropole Istanbul starke Verwüstungen angerichtet. Sintflutartige Regenfälle ließen in kurzer Zeit 124 Liter Regen auf dem Quadratmeter niederprasseln. Dass ist mehr als es in einem durchschnittlichen Wintermonat regnet. Durch einigen Strassen schossen urplötzlich reißende Fluten. Mindestens 1 Mensch kam ums Leben. Bis heute Mittag wurden über 1200 Schäden gemeldet. Schlimm traf es auch das Basarviertel Eminönü. Zahlreiche Läden und Stände wurden zerstört. Ein Auto versank in einer unterspülten Strasse. Zahlreiche Fahrzeuge steckten in den Wassermassen fest.

Unabhängig vom Unwetter stand Istanbul in der letzten Woche aus einem anderen Grund in den Schlagzeilen: Seismologen vom GHZ-Kiel wiesen große Spannungen im Bereich der Nordanatolischen Verwerfung vor Istanbul nach und warnten vor einem starken Erdbeben mit einer Magnitude über 7. Es lässt sich zwar nicht prognostizieren wann sich die Spannungen entladen werden, aber dass sie es tun werden scheint gewiss.

Über 1000 Monsun-Tote in Indien

Der diesjährige Monsun in Südasien fällt -nach einer langen Dürreperiode- besonders stark aus. Seit Beginn der Regenzeit gab es in Indien mindestens 1000 Opfer, die infolge von Überschwemmungen, Hauseinstürzen, oder Erdrutschen ums Leben kamen. Normalerweise dauert der Monsun zwischen Juni und September. Dieses Jahr kam er aber mit 6 Wochen Verspätung. Brunnen waren in der vorangegangenen Trockenzeit bereist ausgetrocknet und die Bevölkerung litt unter Hitzewellen. So wurde der Regen besonders gebraucht, doch jetzt fällt der Niederschlag umso stärker.

Überflutungen in Malaysia

Der Inselstaat Malaysia wurde gestern ebenfalls von schweren Unwetter heimgesucht. In den Orten Usj und Subang Jaya verursachten die Überflutungen Verkehrschaos. Autos blieben in überfluteten Strassen stecken. Von Verletzten wurde nicht berichtet.

Waldbrände in Frankreich und auf Gran Canaria

Während es in einigen Regionen der Erde eindeutig zu nass ist, ist es anderswo zu trocken. In Frankreich und auf Gran Canaria gab es neue Waldbrände. Besonders schlimm ist dies für die Kanareninsel, da hier die Ressourcen besonders begrenzt sind.