Wie tief schläft der Eifel-Vulkanismus?

Mit einem einzigartigen Großexperiment gehen Forschende jetzt auf die Suche nach vulkanischen Prozessen tief im Untergrund.

Der Vulkanismus in der Eifel gilt nach dem letzten großen Ausbruch vor rund 13.000 Jahren eigentlich als erloschen. Tieffrequente Beben, die in den letzten Jahren dort gemessen wurden, deuten allerdings darauf hin, dass der Untergrund noch nicht gänzlich zur Ruhe gekommen ist. Wie das magmatische System unter der Eifel aussieht, ob der Vulkanismus dort doch nur schläft und wie tief – das wollen Forschende unter Federführung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ nun mit einer bislang in Deutschland einzigartigen, großangelegten Messkampagne herausfinden. Daran beteiligt sind eine Reihe von Universitäten, internationalen Institutionen sowie Landesämtern und -erdbebendiensten. Im Projekt „Large-N“ sind in der Region derzeit 350 Geofone zur Messung unterirdischer Erschütterungen aufgestellt. In einem Vortrag in Mendig erläuterte Torsten Dahm, Projektleiter vom GFZ, am vergangenen Wochenende das Projekt, das nun startet.

Der Vulkanismus der Eifel

Seit etwa 60 Millionen Jahren gibt es Vulkanismus in der Eifel. Seine Auswirkungen sind heute als Schlackenkegel, Maare oder Krater sichtbar. Die rund 800 Eifel-Vulkane bilden eine besondere Form des verteilten Vulkanismus, der der Wissenschaft immer noch Rätsel aufgibt. Da ist zum Beispiel der letzte große Vulkanausbruch vor rund 13.000 Jahren am Laacher See: In seiner Stärke vergleichbar dem Ausbruch des Pinatubo 1991, finden sich bis heute Spuren in den Sedimenten, die bis nach Südschweden und Norditalien reichen. Obwohl das Ereignis so groß war, ist es bislang nicht gelungen, die Magmakammer dieses Vulkans mit seismischen Verfahren abzubilden und zu untersuchen. Das ist eines der konkreten Ziele des nun startenden Large-N-Experiments.

Die Large-N-Messkampagne

Unter Federführung des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ wollen Forschende den Untergrund mit einer großangelegten Messkampagne sehr viel genauer als bisher möglich untersuchen. Dazu sind gegenwärtig Mitarbeitende der Universitäten Kiel, Mainz, Frankfurt und Köln, des GFZ sowie des Landeserdbebendienstes Rheinland-Pfalz gemeinsam in der Eifel im Einsatz. Der englische Titel „Large-N“ bedeutet „großes N“, wobei „N“ in den Naturwissenschaften für die Anzahl steht – in diesem Fall eine große Anzahl an Messinstrumenten: In den Landkreisen Mayen-Koblenz und Ahrweiler werden rund 350 Geofone aufgestellt.

Wie ein Mikrofon Schallwellen der Luft aufzeichnet, zeichnen die Geofone seismische Wellen im Untergrund auf. Das Experiment soll etwa ein Jahr dauern und sowohl Erdbeben als auch Hintergrundrauschen registrieren. Das dichte Messnetz ermöglicht eine höhere Auflösung in der Beobachtung, die Gesteinsstrukturen lassen sich also genauer als bisher erkennen. Da die Geofone die Messdaten kontinuierlich über ein Jahr lang aufzeichnen, können die vulkanischen Prozesse im Untergrund anhand der Lokalisation von seismischen Signalen besser charakterisiert und überwacht werden.

„Wir wollen mit diesem in Deutschland einzigartigen Experiment tief unter die Erdoberfläche blicken und herausfinden, wie der Untergrund beschaffen ist und was dort passiert, also die Dynamik beobachten. Vor allem geht es um vulkanische Aktivitäten“, erläutert Torsten Dahm, Direktor des Department 2 „Geophysik“ und Leiter des Projektes. Neben Eruptionen gibt es eine Reihe von Phänomenen, die darauf schließen lassen, dass Vulkane noch nicht erloschen sind.

Anzeichen für anhaltende Aktivität: Hebungen des Rheinischen Schiefergebirges und niederfrequente Tiefenbeben

So haben Forschende mit hochpräzisen globalen Navigationssatelliten-Messungen festgestellt, dass sich das Rheinische Schiefergebirge im Umfeld der Eifel hebt.

Und es gibt eine besondere Art seismischer Effekte, die der Erdbebendienst Südwest gemeinsam mit dem GFZ und anderen Partnern unter dem Vulkanfeld der Osteifel detektieren konnte: „niederfrequente Tiefenbeben“. Sie wurden mit dem seit zehn Jahren systematisch erweiterten seismologischen Netzwerk erstmals 2013 und seither regelmäßig nachgewiesen. In der Fachsprache heißen sie DLF-Beben, von „deep low-frequency“. Studien an vielen anderen Vulkangebieten weltweit zeigen, dass DFL-Erdbeben durch Flüssigkeiten oder Gase im Festgestein verursacht werden. Diese Fluide können zum Beispiel Wasser, Magmen oder Kohlendioxid sein. Die tiefen Frequenzen werden dabei durch resonante Schwingungen in Gesteinsspalten erzeugt, ähnlich dem Ton einer Orgelpfeife.

Die DLF-Beben deuten darauf hin, dass Fluide in Bewegung sind, in diesem Fall aus einer Tiefe von rund 45 Kilometern bis in den Bereich der oberen Erdkruste. In diesem Bereich gibt es keine „normalen“, also tektonischen Erdbeben. Ob die DLF-Beben daher rühren, dass sich die in den vergangenen Eruptionen entleerten Magmakammern wieder füllen, beispielsweise unter dem Laacher See, oder ob nur Gase oder Wasser ‚hochblubbern‘, das herauszufinden ist – unter anderem – Gegenstand des Experiments Large-N.

Begleitende Information der Bevölkerung vor Ort

Die 350 Messgeräte wurden möglichst auf Flächen aufgestellt, die der öffentlichen Hand gehören, Kommunen zum Beispiel. An manchen Orten sind auch Privatleute gefragt worden, ob für ein Jahr ein Geofon auf ihrem Grundstück stehen darf. Die Erfahrungen damit waren überaus positiv.

„Die Menschen sind sehr interessiert und stehen unseren Forschungsarbeiten sehr aufgeschlossen gegenüber“, berichtet Christoph Sens-Schönfelder, der von Seiten des GFZ ebenfalls am Projekt beteiligt ist. „Es ist uns daher sehr wichtig, die Bürger:innen vor Ort gut über unsere Forschungsaktivitäten zu informieren.“

Keine Anzeichen für drohenden Vulkanausbruch

Dazu gehört auch die beruhigende Einschätzung der Vulkanologen, dass die Menschen in der Eifel aktuell keine Angst vor einem drohenden Vulkanausbruch haben müssen: „Unsere Forschung dient in erste Linie dem besseren Verständnis der vulkanischen Systeme tief unter der Erdoberfläche der Eifel“, betont Projektleiter Torsten Dahm. „Wenn wir ein besseres Verständnis von den Vorgängen und Gegebenheiten im Untergrund haben, können wir die Daten mit denen von aktiven Vulkangebieten vergleichen. Dann können wir auch besser beurteilen, was das Rumoren im Untergrund bedeutet – wie tief der Vulkan schläft, wenn man so will.“

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Leitung
Prof. Dr. Torsten Dahm

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Wissenschaftler
Dr. Christoph Sens-Schönfelder

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