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Erdbeben lassen Vulkane „überschwappen“

Erdbeben lassen Vulkane „überschwappen“ (Foto: Nicole Richter, GFZ)

04.05.2016: Schon länger wird ein kausaler Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität vermutet. Wie genau aber diese Wechselwirkung erklärt werden kann, ist bisher unbekannt. Ein neuer Ansatz eines WissenschaftlerInnen-Teams des GFZ und der Universität von Hiroshima in Japan geht davon aus, dass Erdbeben eine Art „Schwappen“ im vulkanischen Magmareservoir auslösen können.

Das jüngste Beispiel einer Interaktion zwischen Erdbeben und Vulkanen ist der Ausbruch des Vulkans Aso am 16. April 2016 in Japan, dem ein Erdbeben der Stärke 7 vorausgegangen war. Die Wirkung von Beben auf nahegelegene Vulkane ist recht unterschiedlich: Während einige Vulkane aktiviert werden und beispielsweise eine erhöhte Seismizität oder Entgasung zeigen, sinkt die Aktivität anderer Vulkane. Wieder andere zeigen gar keine Reaktion. Dieses unterschiedliche Bild spiegelt sich in statistischen Untersuchungen wider, die bisher nur auf einen schwachen ursächlichen Zusammenhang zwischen Erdbeben und vulkanischer Aktivität hindeuten.

Mechanismen, die bisher als Ursache für eine erhöhte vulkanische Aktivität nach Erdbeben vermutet wurden, sind zum Beispiel eine Erhöhung des Drucks, ausgelöst durch Blasenaufstieg, oder die Verflüssigung von Kristallnetzwerken in Magmen-Kammer. Hiermit lassen sich aber nicht die Unterschiede in der Reaktion verschiedener Vulkane erklären.

Das Verhalten der Magma gleicht dem Kaffee in der Tasse

Prof. Atsuko Namiki, von der Universität von Hiroshima, und ihre Co-AutorInnen Dr. Eleonora Rivalta, Dr. Heiko Woith und Dr. Thomas R. Walter vom GFZ, schlagen nun einen neuen Mechanismus vor, der das Verhalten der Vulkane erklären soll: das Schwappen, „sloshing“, von blasenreicher Magma innerhalb eines Magmen-Reservoirs.

"Sloshing" ist die Resonanzbewegung in einem Behälter mit Flüssigkeit, die auch das Schwappen des Kaffees in einer Tasse auslöst, die bewegt wird. Schäden an Erdöltanks durch „sloshing“ nach schweren Beben sind ein bekanntes Phänomen. Die WissenschaftlerInnen vermuten, dass Erdbebenwellen einen ähnlichen Effekt auf Magma in offenen Aufstiegskanälen und Magma-Reservoiren von Vulkanen haben.

Experimente im sogenannten "Bubble-Labor" des GFZ erklären auch das Phänomen, dass starke ferne Erdbeben den stärksten Effekt auf Vulkane zeigen. Die niedrigen Frequenzen dieser Beben sind in der Lage, Magma in Aufstiegskanälen, deren Durchmesser größer als 0,5 Meter ist, in Resonanzschwingungen zu versetzten. Einen Einfluss auf die Reaktion eines Vulkans haben außerdem auch die Form des Magmareservoirs sowie die Dichte und Viskosität der Lava.

Im Sommer wird Prof. Atsuko Namiki im Rahmen eines DAAD-Stipendiums als Gast am GFZ sein, um zusammen mit den GFZ-WissenschaftlerInnen weiterführende Experimente durchzuführen. (ak)

>>Artikel in den Science Highlights

Namiki, A., Rivalta, E., Woith, H., Walter, T.R., 2016. Sloshing of a bubbly magma reservoir as a mechanism of triggered eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research, doi:10.1016/j.jvolgeores.2016.03.010

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