Wahrscheinlichkeit von Vulkanausbrüchen

Aus der zeitlichen Abfolge bisheriger Ausbrüche eines Vulkans kann die Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Eruption abgeschätzt werden.

Je besser, vollständiger und chronologisch korrekter die Erfassung vergangener Ausbrüche, desto genauer ist diese Abschätzung.

Dafür müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein:

1.    Der Anspruch auf eine "vollständige" Eruptionssequenz scheint auf ersten Blick banal. Jedoch ist es nicht selbstverständlich, dass wirklich alle Eruptionen komplett dokumentiert sind. Für die jüngere Vergangenheit gibt es meist zuverlässige und recht vollständige Aufzeichnungen: häufig liegen direkte Beobachtungen vor, sei es durch Messgeräte, Satelliten oder Augenzeugenberichte.

2.    Weiter zurückliegende Vulkanausbrüche hingegen werden anhand von Gesteinsablagerungen rekonstruiert. Dabei besteht insbesondere bei kleineren Eruptionen die Gefahr, dass sie übersehen werden. Oftmals wurden die Ablagerungen auch im Laufe der Jahre bis Jahrtausende von Regen, Schnee und Wind teilweise oder vollständig abgetragen (erodiert) oder zerstört. Wie für die Historischen (Augenzeugenberichte) benötigt man auch über die länger zurückliegenden Ausbrüche möglichst genaue Kenntnisse des Eruptionszeitpunktes. Dafür werden numerische Datierungsmethoden herangezogen. Oft hilft auch die Abfolge der Gesteinsschichten im Gelände, die mitunter eine relative Datierung zulässt.

3. Die Eruptionszeitserie wird in der Kenntnis, dass die Eruptionen unabhängig voneinander passiert sind, in ein numerisches Modell überführt. Das System kennt keine Erinnerung und keine Erschöpfung, denn die Magmenzufuhr aus der Tiefe ist gewährleistet. Die Wahrscheinlichkeit einer Eruption ist nicht vom Zeitpunkt einer früheren Eruption abhängig.

4.    Für eine korrekte  statistische Zeitreihenanalyse muss  der Eruptionsdatensatz in seiner gesamten Länge durch die gleichen statistischen Parameter ausgedrückt werden können. Dafür muss jeder willkürlich gewählte Teilabschnitt die gleichen statistischen Eigenschaften zeigen. Ist dies nicht der Fall, wird eine abschnittsweise Analyse durchgeführt.

Für die Analyse der zeitlichen Abfolge der Eruptionen als statistische Zeitserie kann folgendes berücksichtigt werden:

1.    Nimmt die Aktivität an einem Vulkan generell zu oder ab?

2.    Verzögern oder unterbinden gegeneinander wirkende Prozesse
       möglicherweise die eruptive Aktivität?

Ähnlich wie die Medizin betrachtet die Vulkanologie eine "Überlebenszeit". Im medizinischen Zusammenhang versteht man darunter wortwörtlich die Zeit, die Patienten z. B. nach dem Durchführen einer bestimmten Therapie überleben. Bei einem Vulkan entspricht dies dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Ausbrüchen, also der Zeitdauer, die die "Ruhephase" "überlebt". Mathematisch kommen hierbei statistische Werkzeuge wie der so genannte Kaplan-Meier Schätzer sowie unterschiedliche Verteilungsfunktionen zum Einsatz. Aus der mathematischen Überlebenszeitfunktion wird anschließend die Wahrscheinlichkeit einer zukünftigen Eruption ermittelt.

Text: Dr. Heidi Wehrmann,GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

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