Es klingt wie die banalste Geschichte der Welt: Tektonische Platten verhaken sich, es bauen sich gewaltige Spannungen auf. Wenn diese sich ruckartig lösen, kommen Erdbeben zustande, die verheerend für uns Menschen auf der Eierschalenhaut der Erde sein können. Dass die Erdbebenschockwellen dabei auch Vulkane beeinträchtigen und zu Eruptionen anregen können, scheint auf den ersten Blick kristallklar.
Auf den zweiten Blick kann man sich jedoch nur schwer vorstellen, dass die Wirkung der Erdbeben auf Vulkane außerhalb eines engen Radius um den Erdbebenherd noch eine Wirkung aufweist.

Japanische Wissenschaftler um Prof. Atsuko Namiki von der Universität Hiroshima haben sich dieser Frage nun etwas detaillierter angenommen und einen möglichen Mechanismus aufgedeckt, der die Beeinflussung von Erdbeben auf Vulkane und auf ihr Risiko auszubrechen, deutlich erhöht.

Der Zusammenhang von Erdbeben und Vulkaneruptionen

Die Beobachtung, dass auf Erdbeben meist kleinere vulkanische Eruptionen folgen, ist mittlerweile längst empirisch belegt.
So folgte erst vor kurzem beispielsweise auf ein Erdbeben der Stärke 6.2 auf der japanischen Insel Kyushu nur zwei Tage später ein kleinerer Ausbruch des Vulkans Aso – 42 Kilometer entfernt (Artikel dazu von der „Zeit“).

Erdbeben sind alles andere als selten: Erdbebenzentren 1963-1989.
Erdbeben sind alles andere als selten: Erdbebenzentren 1963-1989 mit über 358.000 Ereignissen.

Doch auch große Eruptionen können eine Erdbebenvorgeschichte haben. Der größte Ausbruch jüngerer Zeit im Frühjahr 1991 auf den Philippinen, als der Pinatubo ausbrach, wird in Zusammenhang mit einem größeren Erdbeben der Stärke 7.7 im Jahr 1990 gebracht. Hier betrug die Distanz sogar 100 Kilometer vom Erdbebenepizentrum bis zum Pinatubo.

Erdbeben und Vulkanaktivität gehören immer zusammen. Denn auch bei einem Aufstieg des Magma im vulkanischen Schlot führen die Aufschmelzungen und Spannungen im Gestein stets zu Erdbeben, teilweise von hunderten bis tausenden Erdbeben innerhalb weniger Tage – so haben wir es beim sicherlich bestdokumentierten Ausbruch der Geschichte, der Eruption des isländischen Bardarbunga ab dem September 2014 erlebt.
Diese Erdbeben direkt beim Vulkan sind jedoch von den weit entfernten Erdbeben zu unterscheiden. Die Erdbeben bei einem Vulkan sind bereits Anzeichen eines Ausbruch und somit die Folgen gasgesättigten Magmas, das aufsteigt und das Gestein bersten lässt. Weit entfernte Erdbeben jedoch können nicht die Folge von, sondern vielmehr die Ursache für Ausbrüche sein.
Doch was genau geschieht dabei eigentlich? Warum werden nur bestimmte Vulkane betroffen? Und warum dauert es von Tagen bis hin zu vielen Monaten, bis sich die Beeinflussungen in Eruptionen auswirken? Warum gibt es manchmal nur kleine, aber gelegentlich auch große Eruptionen als Folge?

Wellengang-Experiment im Magma

Es klingt banal: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Erdbebenwellen das Magma zum Schwappen bringen und dadurch Eruptionen auslösen.
Dazu muss man wissen, dass dieses Schwappen von Flüssigkeiten im Ingenieurswesen eine umfassend verstandene und wichtige Teildisziplin darstellt. So wurden beispielweise spezielle Tanks für LKWs entwickelt, die gefährliche Flüssigkeiten transportieren müssen, damit eben dieses „Schwappen“ verhindert wird.

Man errichtete für die vulkanologische Forschung ein Experiment, bei dem das Verhalten von schwappendem Magma in 3 Szenarien untersucht wurde:
1. Ein nach oben offener Tank mit einer einzelnen, flüssigen Schicht
2. Ein nach oben offener Tank mit einer einzelnen, schaumigen Schicht
3. Ein geschlossener Tank mit zwei Schichten: 1 schaumige Schicht über 1 flüssigen Schicht.

Dabei wurden folgende interessante Dinge herausgefunden: Zunächst einmal, dass lediglich schwappendes, flüssiges Magma nach (1) nicht genügt, um einen Ausbruch hervorzurufen, da die Kraft des umgebenden Gesteins zu groß wäre.

Allerdings verbanden sich die Gasblasen in der Schaumschicht nach (2), wenn das Schwappen sich der Resonanzfrequenz des Schaums näherte, also der Schwelle, wenn Vibrationen einsetzten. Das Verschmelzen der Blasen führte zum Zusammenbruch der schaumigen Konsistenz, was in einem echten Magma zur Emission von Gas aus den geplatzten Schaumblasen geführt hätte, dies wiederum zu einer Temperatursteigerung, einer Druckzunahme und somit einem möglichen Ausbruch des Vulkans.
Dieses Szenario würde also recht kurzfristige Folgen nach Erdbeben innerhalb von Tagen erklären, wie oben erwähnt beim Aso in Japan.

Beim Experiment nach (3) führte das Schwappen bei Annäherung an die Resonanzfrequenz zu einer Auflösung und Mischung der schaumigen mit der darunterliegenden, flüssigen Schicht. Dies hätte zu weiterer Gasentwicklung und einer eher schleichenden Druckerhöhung geführt. Ein solches Szenario würde die teilweise stärkeren Ausbrüche erklären, die oft erst Monate nach dem Erdbeben, wie etwa beim Pinatubo 1991, wirksam würden.

Resonanz!

Was bedeutet dies nun in der Beantwortung der eingangs gestellten Fragen?
Nicht die Stärke oder die Entfernung des Erdbebens ist für Vulkanausbrüche entscheidend, sondern die Nähe zur Resonanzfrequenz, bei der das Magma reagiert und wie oben beschrieben, Eruptionen auslösen kann.

Lavaröhre: Durch diesen, nun leeren und begehbaren Schacht eines Vulkans auf Hawaii floss früher die Lava bei einem Ausbruch nach oben.
Lavaröhre: Durch diesen, nun leeren und begehbaren Schacht eines Vulkans auf Hawaii floss früher die Lava bei einem Ausbruch nach oben.

Angewandt auf die Realität haben die Wissenschaftler eruiert, dass beim Pinatubo-Beispiel es sehr wohl sein kann, dass in einem typischen 3 Meter breiten Vulkanschlot ein Erdbeben der Stärke 7.7 in 100 Kilometer Entfernung zur Resonanzschwingung und Monate später nach einer dadurch schleichenden Druckerhöhung aufgrund Vermischung des gasgesättigten, schaumartigen Magmas mit darunterliegendem flüssigen Magma zu einer großen Eruption führen kann. Oder im Fall von flüssigem Magma kann es Tage später zu einem kleineren Ausbruch kommen.

Es handelt sich zwar zunächst um eine im Labor aufgestellt Hypothese, die nun ihrer Bestätigung bedarf. Die Theorie erklärt allerdings zunächst die kausalen Zusammenhänge zwischen entfernten Erdbeben und Vulkanen auf einem detaillierteren Niveau stichhaltig und auf nachvollziehbare Weise.
Die Erdbebenhäufung in den letzten Monaten hat bereits zu einigen kleineren Vulkanausbrüchen geführt. Ein Potential für eine größere Eruption in einigen Monaten ist somit nach den Erklärungsmustern von Prof. Atsuko Namiki durchaus vorhanden, wenn natürlich auch nicht sicher.

Auch wenn Vulkane natürlich ohne Beteiligung von Erdbeben ausbrechen können (insbesondere Subduktionsvulkane in Bereichen, wo Kontinentalplatten aufeinandertreffen), so scheint es, als ob die Bedeutung von Erdbeben als vor allem langfristiger Auslöser von Vulkanausbrüchen bisher unterschätzt worden ist.

Artikel
Englischsprachiger Artikel in „Science“
Deutscher zusammenfassender Artikel des Helmholtz-Zentrums





Hat Ihnen der Artikel gefallen? Dann bitte ich Sie um eine kleine Spende, die Sie für angemessen halten.