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Frühwarnsystem am Ätna

Das dumpfe Grollen vor dem Ausbruch

Von Horst Rademacher
 - 18:00

Geowissenschaftler tun sich mit der Vorhersage von folgenschweren Naturereignissen immer noch schwer, wenn sie dem Erdinneren entstammen. So ist die Vorhersage von Erdbeben trotz der intensiven Forschung in den vergangenen Jahrzehnten noch immer nicht möglich. Auch vor bevorstehenden Vulkanausbrüchen kann meist nur unzureichend gewarnt werden. Der Grund dafür ist, dass die physikalischen und chemischen Vorgänge in der Erde, die zu Beben und Vulkaneruptionen führen, äußerst komplex sind und sich deshalb nicht mit einfachen Formeln beschreiben lassen. Trotz aller Hindernisse ist es italienischen Geoforschern gelungen, ein automatisches Vorhersagesystem für Vulkanausbrüche zu entwickeln. Acht Jahre lang haben sie es am Ätna auf Sizilien erprobt und konnten nahezu 97 Prozent aller explosiven Eruptionen in diesem Zeitraum zuverlässig vorhersagen.

Anders als bei Erdbeben gelingt es den Geowissenschaftlern zumindest gelegentlich, Ausbrüche von Vulkanen vorherzusagen. Diese Warnungen beruhen meist auf der Überwachung der Erdbebenaktivität unterhalb eines Vulkans. Entsprechend der Bewegung des flüssigen Magmas innerhalb der Erde wandern die Herde von Dutzenden kleiner vulkanischer Erdbeben. Erreichen diese Herde die Nähe der Erdoberfläche, steht häufig ein Magmaausbruch unmittelbar bevor. Solche seismischen Aktivitäten sind allerdings kein zuverlässiges Indiz. Es kommt immer wieder vor, dass sich Vulkaneruptionen nicht durch Erdbeben oder andere physikalisch messbare Parameter ankündigen. Erdbebenherde können auch in Richtung Erdoberfläche wandern, ohne dass es zu einem Vulkanausbruch kommt.

Verräterische niederfrequente Signale

Die Forschergruppe um Maurizio Ripepe von der Universität von Florenz hat bei der Suche nach einer zuverlässigen Frühwarnmöglichkeit deshalb einen anderen Weg eingeschlagen. Jedem, der einmal einen explosiven Vulkanausbruch aus der Nähe miterlebt hat, wird das dumpfe Grollen in Erinnerung bleiben, das den Ausbruch wie aus einem Subwoofer-Lautsprecher kommend begleitet. Diese niederfrequenten Schallwellen entstehen meist im Vulkanschlund, wenn das im Magma enthaltene Gas dort explodiert. Bei Messungen mit speziellen Mikrofonen haben Vulkanforscher schon vor Jahrzehnten festgestellt, dass die Energie dieser Wellen in dem für menschliche Ohren unhörbaren Frequenzbereich des Infraschall am größten ist.

Um die Aktivität des Ätna zu überwachen, stellten die Forscher aus Florenz vor mehr als acht Jahren zwei kleine Messnetze, bestehend aus jeweils vier Infraschallmikrofonen, an den Südhängen des Ätna auf. Diese Sensoren zeichneten alle niederfrequenten Schallwellen kontinuierlich auf, unabhängig davon, ob sie vom Vulkan selbst ausgingen oder beispielsweise durch Gewitter oder andere Ereignisse verursacht wurden. Mit mathematischen Verfahren konnten die Forscher dennoch die Richtung bestimmen, entlang der sich die Schallwellen ausbreiteten, und feststellen, ob der Infraschall von den Kratern im Gipfelbereich des Ätna kam oder nicht. Schließlich verglichen Ripepe und seine Mitarbeiter die gemessenen Werte mit den Daten der Ätna-Aktivitäten, die im Vulkanobservatorium in der sizilianischen Stadt Catania ununterbrochen aufgezeichnet werden.

Einschränkungen bei nichtexplosiven Eruptionen

Bei der Auswertung der Messreihe zeigte sich, dass jeder explosive Ausbruch des Ätna wie erwartet von starken Infraschallwellen begleitet wurde. Wie die Forscher im „Journal of Geophysical Research Solid Earth“ schreiben, stellte sich dabei auch heraus, dass der Vulkan schon Infraschallwellen erzeugte, über eine Stunde bevor er die ersten Aschewolken und Lavafontänen aus seinen Kratern ausstieß. Insgesamt brach der Ätna im Messzeitraum 59 Mal explosiv aus. Lediglich bei einer dieser Eruptionen konnte das Messnetz keine Infraschallwellen vor dem Ausbruch erfassen.

Inzwischen hat die Forschergruppe ein automatisch arbeitendes Warnsystem auf Basis dieser Infraschallmessungen entwickelt. Es sendet entsprechende Warnsignale an das Vulkanobservatorium in Catania und an die sizilianischen Katastrophenschutzbehörden, um deren Mitarbeiter rechtzeitig auf eine bevorstehende Eruption aufmerksam zu machen.

Obwohl das Verfahren in den vergangenen acht Jahren zuverlässig funktioniert hat, gibt es Einschränkungen. So konnte das System nur explosive Ausbrüche des Ätna erfassen. Die effusiven Ausbrüche, bei denen Lava ohne Explosionen aus den Kratern oder Spalten strömt, senden keine oder nur schwache Infraschallwellen aus. Diese meist langsam ablaufenden Eruptionen werden deshalb von dem Vorhersagesystem nicht erfasst. Außerdem haben Ripepe und seine Kollegen ihr Verfahren bisher nur am Ätna angewandt und zu einem Warnsystem ausgebaut. Es muss sich allerdings noch zeigen, ob sich Infraschallwellen auch vor den Ausbrüchen anderer Vulkane als Vorhersageparameter nutzen lassen.

Quelle: F.A.Z.
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