Die Fähigkeit, Vulkanausbrüche frühzeitig vorherzusagen, ist von entscheidender Bedeutung, um die Bevölkerung und die Behörden rechtzeitig zu warnen. Ein Team von Wissenschaftlern des Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) und des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung hat nun eine vielversprechende Methode entwickelt, die es ermöglicht, subtile Bodenbewegungen als Vorboten von Eruptionen in Echtzeit zu erkennen. Diese Methode, die in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications vorgestellt wurde, basiert auf der Analyse seismologischer Daten und könnte die aktuelle Herangehensweise an die Vulkanüberwachung revolutionieren.
Das Forschungsteam hat die neue Technik über einen Zeitraum von zehn Jahren am Vulkan Piton de la Fournaise auf La Réunion getestet. Dabei konnten sie 92 Prozent der 24 Eruptionen zwischen 2014 und 2023 mit Vorlaufzeiten von wenigen Minuten bis zu 8 Stunden vorhersagen. Diese beeindruckenden Ergebnisse zeigen das Potenzial der Methode, die auf der Erkennung von sogenannten „Jerk“-Signalen beruht, die durch die Bewegungen von magmahaltigen Gesteinen entstehen.
Traditionell werden Vulkanausbrüche durch eine Vielzahl von Indikatoren wie seismische Aktivitäten, Bodenverformungen und Gasemissionen überwacht. Doch die genaue Vorhersage, wann und wie stark ein Ausbruch sein wird, stellt eine erhebliche Herausforderung dar. Falsche Alarme können zu wirtschaftlichen Verlusten und einer Vertrauenskrise in die Wissenschaft führen. Die neue „Jerk“-Methode bietet einen direkten Ansatz, der speziell auf die Erkennung von sehr feinen Bodenbewegungen zugeschnitten ist. Diese Bewegungen werden als charakteristische Signale erkannt, die auf die bevorstehende Entstehung von Magma hinweisen.
Die Jerk-Signale sind impulsartige Übergänge, die in den seismologischen Daten als niederfrequente Transienten erkannt werden können. Die Wissenschaftler hatten diese Signale bereits in vorhergehenden Studien identifiziert, die über zehn Jahre lang Daten von Eruptionen des Piton de la Fournaise analysierten. Die Erkennung dieser Signale erfolgt mit einem einzigen Breitband-Seismometer, das selbst kleinste Bewegungen von nur wenigen Nanometern pro Sekunde misst. Durch den Einsatz einer speziellen Datenverarbeitungstechnik, die unter anderem Korrekturen für gezeitenbedingte Erdbewegungen beinhaltet, wurde ein automatisches Warnsystem entwickelt, das sofort Alarm schlägt, sobald ein spezifisches Signal einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.
Im Jahr 2014 wurde das neue System im vulkanologischen Observatorium Piton de la Fournaise in Betrieb genommen. Es ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung und Analyse der Jerk-Signale und hat sich als äußerst effektiv erwiesen. Bei 92 Prozent der registrierten Eruptionen gab es rechtzeitige Warnungen, was die Zuverlässigkeit der Methode unterstreicht. Die Vorlaufzeiten variieren, können aber bis zu 8,5 Stunden betragen, was den Behörden entscheidend mehr Zeit für Evakuierungen und Sicherheitsmaßnahmen gibt.
Die Forscher sind sich auch der Bedeutung von falsch-positiven Ergebnissen bewusst, die in 14 Prozent der Fälle auftraten. Diese Warnungen waren zwar nicht mit einem tatsächlichen Ausbruch verbunden, bestätigten jedoch die Existenz von Magmaintrusionen. Solche Erkenntnisse sind wertvoll, da sie das Jerk-System nicht nur als Frühwarninstrument für Eruptionen, sondern auch als zuverlässigen Detektor für magmatische Bewegungen etablieren.
Die Erfolge am Piton de la Fournaise wecken die Hoffnung, dass die Jerk-Methode auch auf andere Vulkane angewendet werden kann, insbesondere auf solche, die weniger gut überwacht sind. Die Forscher planen, ihre Technik am Ätna in Italien zu testen und ein Netzwerk von Breitband-Seismometern zu nutzen, um die Jerk-Signale dort zu erfassen. Dieses neue Projekt wird durch das SAFAtor-Programm unterstützt, das innovative Ansätze zur Frühwarnung vor geophysikalischen Ereignissen untersucht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung dieser neuen Frühwarnmethode die Möglichkeiten der Vulkanüberwachung erheblich erweitern könnte. Durch den Einsatz minimaler Instrumentierung und die Fähigkeit, extrem subtile Bewegungen in Echtzeit zu erkennen, stellt sich das Jerk-System als vielversprechendes Werkzeug zur Verbesserung der Sicherheit in vulkanisch aktiven Regionen dar.
