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Islands brodelnde Erde – wie Vulkanausbrüche früher vorhergesagt werden können

Ausbruch des Holuhraun, 2014. | Foto: Eva Eibl.

Ausbruch des Holuhraun, 2014. | Foto: Eva Eibl.

Im August 2014 bebte in Island plötzlich die Erde, häufiger und stärker als üblich. Das Icelandic Meteorological Office, das alle Erdbeben und vulkanischen Aktivitäten in Echtzeit lokalisiert und überwacht, war sofort alarmiert. Zwei Wochen lang bewegten sich die Erdbeben vom gletscherbedeckten Vulkan Bárðarbunga weg schrittweise immer weiter in Richtung der Ebene Holuhraun. Ein Vulkanausbruch im Zentrum des Landes stand kurz bevor. Am 29. August schossen dann die ersten Lavafontänen aus einer zwei Kilometer langen Spalte. Der Magmastrom sollte sechs Monate anhalten. Er formte ein riesiges Lavafeld von 85 Quadratkilometern, einer Fläche so groß wie Manhattan. Es war der stärkste Ausbruch in Island in den letzten 200 Jahren. Die ganze Zeit über vibrierte der Boden. Die Vulkanologin Eva Eibl, Juniorprofessorin für Allgemeine Geophysik, war vor Ort und zeichnete die Erschütterungen auf.

Island ist bekannt für seinen intensiven Vulkanismus. Die Insel zerbricht nach und nach durch das Auseinanderdriften der Eurasischen und der Nordamerikanischen Platte. Diese Drift erzeugt einen Mittelozeanischen Rücken, der sich einmal rund um den Erdball erstreckt. Er befindet sich zum größten Teil zwei Kilometer unter der Meeresoberfläche. Island ragt aber aufgrund eines Hotspots aus dem Wasser. Dadurch ereignen sich die Eruptionen entlang des Rückens für alle Augen sichtbar und nicht selten auch in bewohnten Gebieten. In Island gibt es aktuell 32 aktive Vulkansysteme. Jedes besteht aus einem Zentralvulkan und einem Spaltensystem, das sich durch das Auseinanderdriften der Platten Hunderte Kilometer nach Nordost und Südwest erstrecken kann. Lava kann sowohl aus dem Zentralvulkan als auch dem Spaltensystem entweichen. Die Ebene Holuhraun ist Teil eines solchen Systems, dessen Zentralvulkan der benachbarte Bárðarbunga ist. „Bei Holuhraun war es vermutlich so, dass das Magma aus einer Kammer unter Bárðarbunga ausgeflossen ist, sich aber zunächst seitlich bewegt hat, bevor es nach oben gekommen ist“, erklärt Eva Eibl.

Der Vulkan unterm Eis

Die Erdbeben wanderten zwei Wochen lang in fünf bis acht Kilometern Tiefe über 50 Kilometer in Richtung Norden, während der Boden sich hob. Die Erschütterungen waren deutlich häufiger als üblich und gingen bis zur Magnitude fünf. „Für Island waren es sehr starke Erdbeben“, sagt Eva Eibl. Es war klar, dass sich Magma bewegte und vermutlich an die Oberfläche kommen würde. Das Gefährliche: Das Magma wanderte die meiste Zeit unter einer Eisschicht. Würde es an die Oberfläche dringen und mit dem Eis in Kontakt kommen, könnte es zu einer Eruption mit einer Aschewolke kommen – wie beim Ausbruch des Eyjafjallajökull 2010. Die Folgen wären katastrophal gewesen, denn während Eyjafjallajökulls Ausbruch nur wenige Wochen dauerte und lediglich Erdbeben bis zur Magnitude zwei erzeugte, hielt die deutlich stärkere Eruption des Holuhraun ganze sechs Monate an. Zum Glück trat das Magma erst etwa zehn Kilometer nördlich der Eisdecke an die Oberfläche. Am 29. August 2014 schoss gegen Mitternacht Lava aus dem Boden. Das nächtliche Spektakel dauerte bis vier Uhr morgens. 24 Stunden später öffnete sich die Spalte erneut. Innerhalb weniger Tage strömte die Lava nur noch durch drei Krater: einem am Nord- und einem am Südende sowie einem in der Mitte der Spalte. Der Magmastrom aus dem Mittleren, von den Isländern kurzerhand Baugur getauft, dauerte am längsten an und bildete ein riesiges Lavafeld. Die Eruption förderte achtmal so viel Lava wie der Ausbruch des Eyjafjallajökull. Da das Gebiet unbewohnt war, kamen keine Menschen zu Schaden. Doch es traten giftige Gase aus und gelangten bis nach Schweden.

Die Vulkanseismologin Eva Eibl interessiert sich für Erdbeben, die vor und während eines Ausbruchs auftreten. Sie erforscht, wo diese auftreten und wie sie erzeugt werden, um eine bessere Frühwarnung zu ermöglichen. „Wenn man bedenkt, wie viele Menschen heute in der Nähe von Vulkanen wohnen, ist es entscheidend, so früh wie möglich warnen zu können“, so Eibl. Bei Vulkaneruptionen zähle jede Stunde, um die Bevölkerung rechtzeitig zu evakuieren. In ihrem aktuellen Forschungsprojekt wertet sie Tremor-Daten aus der Zeit des Holuhraunausbruchs 2014/15 aus. Tremor sind Vibrationen, die im Gegensatz zu Erdbeben länger andauern. Ein Erdbeben sei in der Regel recht kurz und zeige eine charakteristische Abfolge von seismischen Wellen, die sich entweder durch die Erde oder an deren Oberfläche ausbreiten, so Eibl. Es handle sich dabei um eine genaue Abfolge bestimmter Wellentypen, die auch zur Lokalisierung von Erdbeben genutzt werden. Der Tremor hingegen sende ein kontinuierliches Signal aus, das wie bei Holuhraun monatelang andauern könne. „Bei Tremor gibt es keine klare Ankunftszeit der Wellen, der Anfang ist schwer zu bestimmen und daher ist auch die Lokalisierung komplizierter als bei Erdbeben“, erklärt die Forscherin. Während man Erdbeben durch ihre hohe Frequenz sowohl spüren als auch hören kann, bleibt Tremor für den Menschen unbemerkt.

Das Zittern des Vulkans

Aufgrund ihrer Komplexität konzentrieren sich Vulkanologen in der Regel auf die leichter bestimmbaren Erdbeben und lassen Tremorsignale unbeachtet. Doch Eva Eibl stellt sich der Herausforderung und möchte mehr über ihre Entstehung erfahren. Dafür untersucht sie die Erschütterungen in bis zu zwei Kilometer Tiefe, die in Holuhraun aufgetreten sind. „Je flacher wir kommen, desto mehr und kleinere Erdbeben haben wir, die man nicht mehr voneinander unterscheiden kann. Wir glauben, dass der Tremor aus diesen Erdbeben zusammengesetzt ist“, so Eibl. Sie vermutet, dass Tremor nicht nur während der Eruption, sondern bereits davor auftritt. Daher hofft sie, diesen als Frühwarnsignal nutzen zu können. Zusammen mit einer Forschungsgruppe aus Cambridge, die ebenfalls Messungen in Holuhraun durchgeführt hat, geht sie seit Februar 2019 der Frage nach, ob vor dem Ausbruch Tremor aufgetreten ist. Einzelne Messungen lassen dies vermuten. Während es auch nach der Eruption noch Erdbeben gab, endete der Tremor, als der Magmaausfluss stoppte.

Eva Eibl analysiert Daten von einem Array aus sieben Seismometern, die 300 bis 1.000 Meter voneinander entfernt aufgestellt waren. Das Array befand sich 15 Kilometer vom Vulkanschlot entfernt auf einem kleinen Hügel, sicher vor Lava und Wasser, aber nah genug, um effektiv aufzeichnen zu können. Die Forscherin war selbst vor Ort und richtete das Array ein. „Um abzuschätzen welche Gefahren bestehen, muss man im Feld sein“, betont sie. Zum Teil wurden nur wenige Meter neben der Spalte Messgeräte aufgestellt. „Manche Teams haben die austretenden Gase gemessen, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob man Nordost-Island evakuieren muss, falls zu viele giftige Gase in die Luft gelangen“, berichtet Eibl. Andere hätten mit dem Auto das Lavafeld umkreist und per GPS vermessen, um seine Größe zu berechnen und festzustellen, in welche Richtung es wächst. Während der ganzen Zeit bestand die Gefahr, dass eine Eruption unter der Eisdecke eine Flutwelle auslösen könnte, die die Wissenschaftler überrollt hätte. Solche Flutwellen oder zusätzliche Ausbrüche unter dem Eis wären von Tremor angekündigt worden. Mit den üblichen Methoden zum Zeitpunkt des Ausbruchs konnte der genaue Entstehungsort des Tremors allerdings nicht bestimmt werden. Eine wesentliche Information, die für die Vorhersage einer Flutwelle wichtig gewesen wäre.

Vulkanismus besser verstehen

Eva Eibl konnte schließlich durch die Auswertung ihrer Messdaten mit einer neuen Methode den Ort des Tremors feststellen – unter dem Eis. Ein wichtiger Fortschritt für die Früherkennung. Da in Island aufgrund der Vielzahl der Vulkansysteme meist nicht klar ist, wo und wann als nächstes Tremor auftreten kann, möchte Eibl ihre Methode noch in diesem Jahr an einem anderen Ort testen. Auf der Insel La Réunion östlich von Madagaskar gibt es einen Vulkan, der drei- bis viermal im Jahr ausbricht. Ideale Bedingungen, um mit Sicherheit Tremordaten aufzeichnen zu können.
Von Island will sich die Geophysikerin trotzdem noch nicht verabschieden. „Island ist geologisch immer noch wenig verstanden, da es so viele Vulkane gibt und im Vergleich dazu wenige Seismometer vor Ort“, sagt Eibl. Man wisse beispielsweise nicht, wo die Magmakammern sitzen, in welcher Tiefe und wie groß sie sind. Auch warum sich der Rhythmus, in dem ein Vulkan ausbricht, verschiebt, wie beim Vulkan Hekla, sei unklar. Es bleibt also noch viel Raum für Eva Eibl, um mehr über die brodelnde Erde der skandinavischen Insel und Vulkane in aller Welt zu lernen.

Die Wissenschaftlerin

Prof. Dr. Eva Eibl studierte Geowissenschaften und Geophysik an der LMU und TU München und promovierte in Vulkanseismologie am University College Dublin in Irland. Seit Oktober 2018 ist sie Juniorprofessorin für Allgemeine Geophysik an der Universität Potsdam.
E-Mail: eva.eibluni-potsdamde

Text: Carolin Krafzik
Online gestellt: Sabine Schwarz
Kontakt zur Online-Redaktion: onlineredaktionuni-potsdamde