24.04.2017: Für die Beurteilung des Gefährdungspotenzials eines Vulkans ist es wichtig zu wissen, an welchen Stellen an der Oberfläche sich bei einem Ausbruch eruptive Risse entwickeln. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Institut des Sciences de la Terre, Frankreich, und des GFZ haben eine Methode entwickelt mit der sich vorhersagen lässt, wie schnell und in welche Richtung sich ein mit Magma gefüllter vulkanischer Riss in der Erdkruste ausbreitet. Die in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research: Solid Earth veröffentlichten Ergebnisse wurden nun auf der News-Plattform EOS der American Geophysical Union AGU als „Research Spotlight“ ausgezeichnet. So würdigt EOS die „besten zur Publikation akzeptierten Artikel“ aus einem AGU-Journal.
Vulkane brechen oft an bereits bestehenden Schloten aus, einige Ausbrüche öffnen jedoch neue Oberflächenrisse an der Vulkanflanke. Und zwar dann, wenn sich mit Magma gefüllte Risse, sogenannten „dikes“, aus Magma-Kammern in der Tiefe speisen und sich einen neuen Weg durch die Erdkruste bahnen. Um beurteilen zu können, welche Gefährdung von einem Vulkanausbruch ausgeht, ist es wichtig zu wissen ob, wann und an welcher Stelle ein dike an die Oberfläche tritt. Informationen zum genauen Ort des Ausbruchs helfen außerdem dabei zu ermitteln, wie explosiv eine Eruption ausfallen wird. Kommt die austretende Lava beispielsweise mit Eis oder Wasser in Kontakt, ist die Explosivität erhöht.
Zur Simulation der Ausbreitung der Magma gab es in der Wissenschaft bisher zwei alternative Ansätze: Mit dem Viskositäts-dominierten Ansatz lassen sich Aussagen über die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines dikes machen, allerdings nur für solche, die sich geradlinig ausbreiten. Der Bruch-dominierte Ansatz auf der anderen Seite ermöglicht es vorauszusagen, welchen Weg ein dike bis zur Oberfläche nehmen wird.
Das WissenschaftlerInnen-Team verknüpft in der neuen Studie nun erstmals beide Ansätze; neben den französischen Kolleginnen und Kollegen sind die GFZ-WissenschaftlerInnen Eleonora Rivalta und Francesco Maccaferri aus der GFZ-Sektion Erdbeben- und Vulkanphysik beteiligt. Sie berechnen zunächst die Geschwindigkeit der Ausbreitung eines dikes mittels Viskositäts-dominiertem Ansatz und in einem zweiten Schritt die Bahn des mit Magma gefüllten Risses per Druck-dominiertem Ansatz. Diese hybride Methode liefert das erste Modell, mit dem sich sowohl die Bahn der Magmarisse als auch die Geschwindigkeit der Ausbreitung und damit auch der Zeitpunkt des Ausbruchs an der Erdoberfläche berechnen lassen. (jz)
Originalstudie: Pinel, V., Carrara, A., Maccaferri, F., Rivalta, E., Corbi, F., 2017. A two-step model for dynamical dike propagation in two dimensions: Application to the July 2001 Etna eruption. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 122 (2). DOI: 10.1002/2016JB013630
