Vulkane, Erdbeben und die seismische Anisotropie

EU-finanzierte Wissenschaftler haben mehrere geophysikalische Verfahren kombiniert, um jegliche Mehrdeutigkeit bei der Interpretation der Beobachtungen von seismischen Aktivitäten, Veränderungen der Erschütterungen und Bodenverformungen zu minimieren.

Industrielle Technologien

Jedes Magmaspeichersystem unter Überdruck, sei es ein Gesteinsgang, ein Kanal, eine Kammer oder eine Kombination aus all diesen, übt Druck auf das umgebende Nebengestein aus. Die Bestimmung und das Verständnis der dort herrschenden Spannungsverhältnisse sind der Schlüssel zu einer Vorhersage, ob und wann ein Vulkan ausbrechen wird. Eine Scherwellenteilungsanalyse rund um Vulkane ergibt nützliche Hinweise auf die horizontale Spannungsrichtung und damit auf den Druck, der durch die Magmabewegung ausgeübt wird. Räumliche Abweichungen können jedoch auch als zeitliche Veränderungen fehlinterpretiert werden. Aus diesem Grund haben die Wissenschaftler eine neue Analysemethode für seismische Anisotropie eingeführt. Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts SAMS (Seismic anisotropy and magma systems) setzten die Wissenschaftler Finite-Elemente-Modelle ein, um Variationen in den seismischen Eigenschaften vor und während magmatischer Aktivität zu untersuchen. Als Fallstudien wurden der Vulkan Kilauea auf der Hawaii-Insel Big Island, der Vulkan Tungurahua in Ecuador und der isländische Vulkan Upptyppingar ausgewählt. Ziel dabei war, die Beziehung zwischen den gemessenen anisotropen seismischen Geschwindigkeiten auf Basis der Scherwellenteilung und der Drücke in den Magmareservoirs zu verdeutlichen. Zu diesem Zweck kehrte das SAMS-Team die verfügbaren Daten um, um Informationen über die Teilflächengeometrie einschließlich Rissstruktur und Porengehalt zu erhalten. Insbesondere im Falle des Vulkans Kilauea erwies sich die Inversionstechnik als ein leistungsfähiges Werkzeug zur Ermittlung eines bekannten Magmaspeicherbereichs. Die Resultate der Umkehrung der Scherwellenteilungsdaten ergaben eine gute Übereinstimmung mit Bodenverformungs- und Gasemissionsdaten, die mit petrologischen Methoden gesammelt wurden. Andererseits ergab die Finite-Element-Modellierung, dass die Mängel der traditionellen Modellierungsverfahren darauf zurückzuführen sind, dass das Magmareservoir relativ flach ist. Die Erkenntnisse von SAMS sollen dazu beitragen, die Scherwellenteilung als Vorhersagewerkzeug für Vulkanausbrüche zu verbessern. Neben der Interpretation zeitlicher Veränderungen in der gemessenen seismischen Anisotropie zur Prognose der vulkanische Aktivität bei spärlicher Datenlage soll es außerdem die Gestaltung besserer Überwachungsnetzwerke unterstützen.

Schlüsselbegriffe

Vulkane, Erdbeben, Magmaspeicher, Scherwellenteilung, Finite-Elemente-Modell

Seismic Anisotropy and Magma Systems

Vulkane, Erdbeben und die seismische Anisotropie

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