Wissenschaftlich und emotional denken wir, dass jeder Vulkan seine eigene „Persönlichkeit“ hat. Wir haben jedoch entdeckt, dass Vulkane gemeinsame Verhaltensmerkmale haben – und dies könnte die Grundlage für ein Eruptionswarnsystem bilden.
Whakaari White Island, eine malerische Vulkaninsel in der Bay of Plenty, war mit ihrer außerirdischen Landschaft und spektakulären hydrothermalen Eigenschaften ein Touristenmagnet. Diese Idylle wurde am 9. Dezember 2019 zerstört, als Hochdruckdampf und -gas explodierten und sich in einer tödlichen Welle heißer Asche im Hauptzugangstal konzentrierten. Von den 47 anwesenden Führern und Touristen starben 22, während viele andere schreckliche Verbrennungen erlitten.
Seit dieser Tragödie sind wir es Studium vergangener Eruptionen bei Whakaariund ähnliche Vulkane, um die Warnzeichen eines bevorstehenden Ausbruchs zu erkennen.
Vulkanische Sprache entziffern
Jeder Vulkan verhält sich anders: Manche haben Kraterseen, andere sind „trocken“, sie haben unterschiedliche Magmen und erheben sich in unterschiedlichen Höhen. Trotz dieser Unterschiede glauben wir, dass Vulkane wie Whakaari, Ruapehu und Tongariro in Neuseeland durch gemeinsame Prozesse im flachen Untergrund unter ihren Kratern zum Ausbruch gebracht werden könnten.
In unserer neue Forschungnutzten wir maschinelles Lernen, um seismische Daten aus 40 Jahren von neuseeländischen Vulkanen und drei weiteren auf der ganzen Welt zu sichten und nach bestimmten Frequenzen zu lauschen, die die Tiefe verfolgen, in der sich Gas, Magma oder Wasser bewegen oder aufbauen.
Wir haben in den Tagen vor allen bekannten Whakaari-Eruptionen im letzten Jahrzehnt wiederholt ein Muster gesehen, und die meisten Ruapehu- und Tongariro-Eruptionen. Dieses Muster ist eine langsame Verstärkung einer Größe namens Displacement Seismic Amplitude Ratio (DSAR), die einige Tage vor jedem Ereignis ihren Höhepunkt erreicht.
DSAR ist ein Verhältnis, das die „Aktivität“ von Flüssigkeiten (Gas, heißes Wasser, Dampf) an der Oberfläche des Vulkans mit denen in mehreren hundert Metern Tiefe vergleicht. Wenn die DSAR zunimmt, sind die Oberflächenflüssigkeiten ruhig, aber die tiefen Flüssigkeiten bewegen sich immer noch aktiv und zirkulieren kräftig unter der Erde.
Dies zeigt an, dass sich eine Verstopfung oder Versiegelung gebildet hat, wodurch ein Gasaustritt verhindert wird. Wie ein Schnellkochtopf explodiert das Gas, wenn es einem Vulkan nicht entweichen kann.
Was in Whakaari passiert ist
Etwa einen Monat vor dem Ausbruch im Dezember 2019 begann tiefes Gas in das hydrothermale System von Whakaari aufzusteigen. Dies übte Druck auf das Grundwasser aus und hielt es in einem flüssigen Zustand, selbst als es „überhitzt“ wurde.
Da diese Flüssigkeit unter der Entlüftung zirkuliert, wird sie von Seismometern als Rauschen oder „Zittern“ registriert. GNS Science bemerkte dieses verstärkte Zittern und am 18. erhöhte die Alarmstufe von Whakaari auf Volcanic Alert Level (VAL) 2, das ist die höchste Stufe außerhalb eines Ausbruchs.
Etwa eine Woche später begann Whakaari zu pulsieren. Druck und Zittern würden sich über etwa 24 Stunden aufbauen, bevor sie sich am Grund des Kratersees explosionsartig entladen. Daraus resultierte Geysire und Brunnenschleudern Schlamm und Schutt bis zur Höhe eines zehnstöckigen Gebäudes.
Entscheidend war, dass diese Gasstöße Sicherheitsventile waren, die den Druck im System verringerten.
Anfang Dezember hörten die Gasstöße auf und die Oberfläche wurde ruhig. Dies war unseres Erachtens kein Grund zur Erleichterung, sondern deutete auf eine neue und viel gefährlichere Phase hin. Es hatte sich eine Dichtung gebildet, die das Gas einschloss. Der hohe DSAR-Wert zeigt, dass das System unterhalb der Versiegelung so laut wie immer war und der Druck weiter stieg.
Zwischen 21 Uhr und Mitternacht am 8. Dezember 2019 gab es eine starker Ausbruch seismischer Energie. Dies war wahrscheinlich frische magmatische Flüssigkeit, die ankam, um den Druck auf Gas und Wasser zu erhöhen, die bereits im Gestein eingeschlossen waren. Es begann auch den Prozess der Sprengstofffreisetzung, da sich dadurch kleine Risse in der Dichtung bildeten.
Das Wachstum der Risse begann sich zu beschleunigen, was Whakaari auf den Weg zu einem kaskadierenden Systemausfall brachte, wie wir gesehen haben zuvor bei Eruptionen in den Jahren 2012 und 2013. Sobald die Schwäche weit verbreitet war, versagte das Siegel und spuckte am 9. Dezember um 14:11 Uhr die massive Dampfexplosion aus.
Ruapehu verstehen
Der Mount Ruapehu ist ein 2800 m hoher Schichtvulkan auf der zentralen Nordinsel Neuseelands.
Es wird auch von einem hydrothermalen System und einem warmen Kratersee (Te Wai a Moe) bedeckt. Es ist bekannt, dass die Temperatur und der Pegel seines Sees in Zyklen variieren und auf Änderungen des Gases reagieren, das in seine Basis freigesetzt wird, lokales Wetter oder die gelegentliche Bildung einer Gasdichtung.
Leider ist der See so groß, dass er die Oberflächenaktivität verbirgt, die für die Diagnose von Vulkanen wie Whakaari nützlich ist.
Hier ist DSAR so mächtig. Wir haben das gleiche Muster, das die Gasversiegelung bei Whakaari zeigt, zahlreiche Male bei Ruapehu entdeckt. Wir beobachten die DSAR in Ruapehu genau: Im letzten Monat ist sie dramatisch gestiegen.
Wir glauben, dass dies zeigt, dass sich ein neues Siegel gebildet hat, das Druck aufbaut. Dies könnte in einem Ausbruch ähnlich dem enden Zyklus 2006/07 die zerstörerische Lahare (vulkanische Schlammströme) erzeugten.
GNS Science hat berichteten ähnliche Bedenken in ihrer Entscheidung zu Erhöhen Sie Ruapehus Alarmstufe auf VAL 2.
Diese Art der Analyse ist so neu, dass wir noch nicht viele Gelegenheiten hatten, zu testen, wie zuverlässig der DSAR und andere automatisierte Maßnahmen für die Vorhersage sind. Die derzeitige hohe DSAR und die Seeerwärmung haben jedoch alle Wissenschaftler in Alarmbereitschaft versetzt. Die Geschichte zeigt, dass dieser Zustand nicht immer zu einem Ausbruch führt, aber wir müssen wachsam bleiben.
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