Inflation

Inflation bezeichnet das Eindringen von Fluiden (Magma, Gas, Wasser) in einem Magmenkörper. Der Vulkan über dem Magmenkörper bläht sich auf, wodurch seine Hänge steiler werden. Es kommt zur Deformation des Bodens. Gegenteiliger Prozess wird als Deflation bezeichnet. An manchen Vulkanen wechseln sich Inflation und Deflation in kurzen Intervallen ab. Solche Ereignisse nennt man DI-Events.

Inflation zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Die Inflation ist ein wichtiger Indikator für bevorstehende Eruptionen und hilft den Vulkanologen bei der Prognose von Vulkanausbrüchen. Um Inflation festzustellen gibt es mehrere Möglichkeit. Lange Zeit war die Nivelliermessung die Genauste Methode. Außerdem wurden und werden Neigungsmesser (Tiltmeter) am Vulkan installiert, die die Hangneigung messen. Heute kommen GPS-Messungen und die Satelliten-Interferometrie häufiger zum Einsatz, als die Nivelliermessung.

Die Bodenanhebungen verteilen sich oft großflächig und sich mit bloßem Augen kaum Wahrnehmbar. Es gibt allerdings auch Vulkane, deren Inflation vor einer Eruption gewaltig war. So bildete sich am Mount St. Helens eine gewaltige Beule auf der Nordflanke. Sie war bis zu 90 m hoch. Das Magma sammelte sich kurz unter der Oberfläche und destabilisierte den Hang. Er scherte dann auch bei einem Erdbeben ab, was nicht nur einen gewaltigen hangrutsch verursachte, sondern eine der größten Eruptionen des 20. Jahrhunderts auslöste.

Nicht gänzlich verstanden ist die derzeitige inflationäre Phase unter der Campi-Flegrei. Seit 2011 hebt sich der Boden kontinuierlich an. Bis zum Januar 2021 stellenweise um bis zu 65,5 cm. Die Inflation wird von magmatischen Fluiden verursacht, wobei es nicht einwandfrei geklärt ist, ob es sich bei dem Fluid um Magma handelt, oder um Tiefenwässer. Fest steht, dass es schon früher entsprechende Schwankungen gab und es nach der Inflation zur Deflation kam. Genau betrachtet, kann man hier von extrem langphasigen DI-Events sprechen. In der Literatur taucht der Begriff Bradyseismos auf.

Intensität von Erdbeben, Mercalliskala

Die Intensität eines Erdbebens beschreibt die Stärke, mit der es sich auf seine Umwelt auswirkt. Die Intensität ist keine exakt definierte physikalische Größe und wurde eingeführt, bevor es Seismometer und Magnitudenskalen gab. Bei der Ermittlung der Intensität wird eine Reihe unterschiedlichster Parameter berücksichtigt und zueinander in Relation gesetzt. Die Intensität kann den Magnituden gegenübergestellt werden. Während diese die freigesetzte Schwingungsenergie eines Erdbebens beschreiben, bezieht sich die Intensität u.a. auf das zerstörerische Wirken eines Erdstoßes. Die Intensität eines Erdbebens nimmt mit zunehmender Entfernung zum Epizentrum ab und ist von der Tiefe des Erdbebenherdes abhängig. Außerdem können besondere geologische Strukturen die Intensität beeinflussen, so dass 2 Beben mit der gleichen Magnitude unterschiedliche Intensitäten haben können. Die Intensität kann in Tabellen, oder Karten dargestellt werden.

Mercalliskala zur Beschreibung der Erdbeben-Intensität

Die Wiege der Erdbeben-Intensität ist Italien. Forscher des späten 18. Jahrhunderts mühten sich, die Auswirkungen des Katastrophalen Kalabrien-Bebens von 1783 quantitativ zu beschreiben. So wurden die ersten Erdbebenskalen entwickelt. Die 5-Stufige Skala von Domenico Pignatoro legte 1788 den Grundstein für mehrere andere Intensitäts-Skalen. 1902 wurden diese dann von Guiseppe Mercalli weiterentwickelt. Das Endresultat war die 12-stufige Mercalliskala, die zwar noch einige weiteren Modifikationen unterlag, aber im Prinzip bis heute gültig ist. Die letzte Revision der Mercalliskala wurde 1958 von Charles Richter (dem Erfinder der Richterskala) durchgeführt. Bei ihr handelt es sich um die Modifizierte Mercalliskala. Die Mercalliskala ist davon abhängig, dass die Erdbeben so stark sind, dass sie vom Menschen wenigstens wahrgenommen werden. Das sind in der Regel Erdbeben mit Magnituden ab 3. Schwächere Erdbeben konnten nicht erfasst werden. Damit blieb in der Mercalliskala das ganze Spektrum an schwachen Erdbeben unberücksichtigt, die wissenschaftlich etwa für die Vorhersage von Vulkanausbrüchen relevant sind.

Stufe Bezeichnung Beschreibung Beschleunigung

(1 g ≈ 9,81 m/s²)

Richterskala
I unmerklich Nur von wenigen Personen unter besonders günstigen Umständen wahrnehmbar. < 0,001 g < 2
II sehr leicht vereinzelt von ruhenden Personen wahrgenommen. 0,001–0,014 2
III leicht deutlich zu spüren. hängende Objekte schwingen leicht, Erschütterungen ähnlich denen eines vorbeifahrenden LKWs. 0,015–0,039 3
IV mäßig In Gebäuden von vielen Personen wahrgenommen, einige Schlafende erwachen. Geschirr, Fenster und Türen zittern oder klirren, Wände erzeugen knarrende Geräusche. 0,04–0,092 4
V ziemlich stark Von fast jedem gespürt, viele Schlafende erwachen. Geschirr und Fensterscheiben können zerspringen, instabile Objekte fallen um. Bäume schwanken, Türen und Fenster können auf- und zugehen. 0,093–0,18 5,0 – 5,2
VI stark Von allen verspürt, viele Menschen sind verängstigt, das Gehen wird schwierig. Leichte Schäden an Gebäuden, Risse und ähnliche Schäden im Putz. Schwere Möbel können sich verschieben, Gegenstände fallen von Regalen und Bilder von den Wänden. Bäume und Büsche schwanken. 0,19–0,34 5,3 – 5,9
VII sehr stark Selbst in fahrenden Autos spürbar, das Stehen wird schwierig. Schäden an Möbeln, lose Mauersteine fallen herab. Gebäude in unzureichender Bauweise oder mit fehlerhaftem Bauentwurf werden stark beschädigt, leichte bis mittlere Schäden an normalen Gebäuden. Schäden vernachlässigbar bei guter Bauweise und -art. 0,35–0,65 6,0 – 6,9
VIII zerstörend Leichte Schäden an Gebäuden mit guter Bauweise und -art, beträchtliche Schäden an normalen Gebäuden bis zum Teileinsturz. Große Schäden an Gebäuden in unzureichender Bauweise oder mit fehlerhaftem Bauentwurf. Einsturz von Kaminen, Fabrikschornsteinen, Säulen, Denkmälern und Wänden möglich. Schwere Möbel stürzen um. Abbrechen von Ästen, in Brunnen Änderungen des Wasserspiegels möglich, bei nassem Untergrund Risse in steilem Gelände. 0,66–1,24 7,0 – 7,3
IX verwüstend Beträchtliche Schäden an Gebäuden mit guter Bauweise und -art, selbst gut geplante Tragwerksstrukturen verziehen sich. Große Schäden an stabilen Gebäuden bis zum Teileinsturz. Häuser werden von ihren Fundamenten verschoben, Schäden an unterirdischen Rohrleitungen und Talsperren, Risse im Erdboden. 0,2–0,5 7,4 – 7,7
X vernichtend Selbst gut ausgeführte Holz-Rahmenkonstruktionen werden teilweise zerstört, die meisten gemauerten Objekte und Tragwerkskonstruktionen werden samt ihren Fundamenten zerstört. Bahnschienen werden verbogen, einige Brücken werden zerstört. Starke Schäden an Dämmen, große Erdrutsche, das Wasser in Seen, Flüssen und Kanälen tritt über die Ufer, weit verbreitet Risse im Erdboden. 0,5–1,24 7,8 – 8,4
XI katastophal Fast alle gemauerten Gebäude stürzen ein, Brücken werden zerstört, Bahnschienen werden stark verbogen, große Risse im Erdboden, Versorgungsleitungen werden zerstört. >1,25 8,5 – 8,9
XII enorm katastrophal Totale Zerstörung, starke Veränderungen an der Erdoberfläche, Objekte werden in die Luft geschleudert, die Erdoberfläche bewegt sich in Wellen, große Felsmassen können in Bewegung geraten. Solche Beben wurden in historischen Zeiten nicht beobachtet. ab 9

Die Tabelle wurde mit Daten aus verschiedenen Quellen zusammengestellt. Besonders der Vergleich mit den Magnituden ist von Autor zu Autor unterschiedlich. Mir gefällt die verwendete Einteilung am Besten.

Interferometrie, SAR

Die Interferometrie ist ein Messverfahren, um selbst kleinste Größenänderungen von Objekten und Geländestrukturen zu bestimmen. Hierbei wird die Interferenz (Überlagerung) von elektromagnetischen Wellen genutzt, um diese Änderungen zu erfassen. Im Zusammenhang mit dem Vulkanismus ist die Satelliten gestützte Interferometrie mit Hilfe des Synthetik-Apertur-Radars (SAR) von besonderem Interesse.

Interferometrie wird von Satelliten aus betrieben

Das SAR tastet die Erdoberfläche mit Mikrowellenimpulsen ab. Dabei werden Auflösungen im Zentimeter-Bereich möglich. Indem 2 oder mehrere Bilder mit einer leicht verschobenen Sensorik (unterschiedlicher Aufnahmewinkel) überlagert werden, entstehen 3-dimensionale Bilder. Sie werden zur Erstellung von Höhenmodellen herangezogen. Erfolgen mehrere zeitlich versetzte Überflüge des Satelliten, kann man Höhenänderungen im Zeitverlauf feststellen. Somit können am Vulkan Bodendeformationen erfasst werden, die einen wichtigen Hinweis liefern, ob Magma aufsteigt und einen Vulkan aufbläht. Das Wachstum von Lava-Domen kann man ebenso dokumentieren. Die Daten werden in einem Interferogramm dargestellt. Bunter Kreise zeigen die Bereiche mit der Bodendeformation an. Der Maßstab ist variabel, doch oft zeigt eine Farbe eine Bodendeformation von 2 cm an.

Was sich erst einmal einfach liest, erfordert hohes wissenschaftliches Know How, wie es die Raumfahrtorganisationen DLR, ESA und NASA liefern. Die Bearbeitung der Rohdaten ist zudem sehr aufwendig und erfordert ein umfangreiches und zeitaufwendiges Processing. Die Algorithmen der Software zur Datenverarbeitung werden noch ständig angepasst und verbessert. Daher dient die SAR-Interferometrie momentan in erster Linie länger angesetzten Studien und weniger dem aktuelle Monitoring von Vulkanen. Dennoch gehört sie mittlerweile ins Portfolio mehrerer großer Observatorien, die die Hochrisikovulkane in Nachbarschaft großer Städte überwachen. Da die SAR-Interferometrie mit relativ hohen Kosten verbunden ist, werden entlegenere Vulkane noch nicht systematisch überwacht. Oftmals wird die Technik erst angewendet, wenn sich schon eine bedrohliche Situation entwickelt hat, wie es 2017 am Gunung Agung auf Bali der Fall war. Den Vulkanologen vor Ort standen bis zur Eruption nur veraltete Technik zur Verfügung.

Entsprechend Geräte befinden sich an Bord verschiedener Weltraummissionen. Aktuell sind das die TerraSAR-X-, die TanDEM-X- und die Sentinel-1-Missionen.

Darüber hinaus wird die SAR-Interferometrie nicht nur an Vulkanen angewendet, sondern auch in der Seismologie und der Fernerkundung der Gebirge, Gletscher und Ozeane, bzw. deren Küsten.

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