Zivilisation meets VEI-7 Eruption: Die Menschheit ist schlecht aufgestellt

Neapel liegt inmitten einer komplexen Caldera, die vor 39.000 Jahren entstand. Magmakammern entleerten sich in einem gewaltigen Vulkanausbruch, der weltweit Folgen hatte. Mehrere aktive Phasen mit vielen größeren Eruptionen folgten. Noch heute sind die dortigen phlegräischen Felder Zeugen der Aktivität und im Fokus der Geowissenschaftler in Europa. Was wäre wenn sich derart Eruptionen wiederholen? Gut vorbereitet auf einen wirklich großen Ausbruch ist die moderne Zivilisation fast nirgendwo auf der Welt, wie Experten jetzt warnen.

Keiner unserer Zeitgenossen hat je einen wirklich großen Vulkanausbruch erlebt. Nur dürftige Zeitzeugenberichte existieren von den gigantischen Ausbrüchen des indonesischen Vulkans Krakatau im Jahre 1883 (VEI-6), der in unmittelbarer Nähe der Hauptstadt Jakarta liegt, oder des Tambora im Jahre 1815 (VEI-7), der nur etwas weiter südöstlich auf der Insel Sumbawa in einer Ruhephase verharrt. Kurzum, die moderne und weitaus dichter besiedelte Welt musste noch nicht mit einem Ausbruch zurechtkommen, der auf dem Vulkanexplosivitätsindex (VEI) auf 7 oder 8 rangiert. Mehr als dreißig solcher weltumspannender Ereignisse jedoch kennt man allein für die letzten 2.000 Jahre durch Untersuchungen von Tephra, dem von Vulkanen ausgeworfenen und über weite Strecken transportierten Material. Viele andere große Ausbrüche könnten bisher unentdeckt geblieben sein.

Erst kürzlich wiesen Wissenschaftler eine bis dato unbekannte, massive Eruption (VEI-7) des indonesischen Schichtvulkans Rinjani im Jahre 1257 nach. Riesige Schwefelmengen gelangten damals in die Atmosphäre, die die Erde so weit zu kühlen vermochten, dass eine jahrhundertelange Kaltzeit („Kleine Eiszeit“) unseren Planeten überzog. Extrem kalte Winter und heftige Niederschläge in den Sommern waren für einen Teil der Ernteeinbußen und großen Hungersnöte damals verantwortlich. Historisch gut belegt wurde dies vor allem für England und Japan.

Europas Sorgenkind: die phlegräischen Felder

Die Campi Flegrei, zu Deutsch ‚phlegräische Felder‘, westlich von Neapel gehören zu den bestüberwachten vulkanischen Gebieten der Welt und sind das einzige europäische Vulkangebiet mit einer bekannten Supereruption (VEI-7 /8). Sowohl die Erdbebenaktivität, die Deformation des Bodens und der Caldera sowie die austretenden Gase (COund insbesondere die Ratios CO2/CH4und He/CH4) werden deshalb lückenlos beobachtet. In dem vulkanischen Gebiet waren innerhalb der letzten 39.000 Jahre viele verschiedene Eruptionszentren aktiv. Zum vulkanisch aktiven Bereich zählen neben den phlegräischen Feldern, ein Teil der Stadt Neapel, die vulkanischen Inseln Procida und Ischia sowie der nordwestliche Teil des Golfs von Neapel. Die geologische Geschichte der Campi Flegrei wurde von zwei großen Eruptionen dominiert: dem Ausbruch des Ignimbrite Campana (vor 39.000 Jahren) und dem Ausbruch des Neapolitanischen Yellow Tuff (vor 15.000 Jahren). Diese Eruptionen haben eine komplexe Caldera hervorgebracht, von der sich viele Spuren und Strukturen noch heute erkennen lassen. Der jüngste Vulkanismus konzentrierte sich in drei Perioden intensiver Aktivität, die sich mit Perioden der Ruhe abwechselten. In der rezentesten Epoche (Zeitraum zwischen 4.800 und 3.800 Jahren) kam es im Schnitt alle 50 Jahre zu Eruptionen. Im Jahre 1538 stieg dann plötzlich wieder überdurchschnittlich viel Magma auf. Innerhalb nur einer Woche entstand ein neuer Berg, der Monte Nuovo. Obwohl dieser Vulkankegelberg schnell 133 Meter hoch wurde, zählen Wissenschaftler dieses Ereignis zur Phase geringerer Intensität. Jahrhunderte lang senkte sich der Boden in der Region, bevor er sich dann kurz vor dem Ausbruch 1538 hob. In der Region um den Monte Barbaro (Averno) beispielsweise war die Hebung damals so massiv, dass die Küste um mehrere hundert Meter versetzt wurde. Der Monte Nuovo ist inzwischen zum Teil bebaut. Die gesamte Caldera ist stark besiedelt. Dies zeigt sich recht anschaulich, wie wenig heute ernsthaft mit den potentiellen Konsequenzen einer erneuten Aktivität geplant wird.

Seismische Wellen triggern vermutlich Hebungsereignisse in den phlegräischen Feldern

Vergangene Ausbrüche verraten Wissenschaftlern viel über die Eigenheiten jedes vulkanischen Gebietes. Allerdings erfolgt in der Regel eine isolierte Betrachtung: ein Vulkangebiet wird intensiv überwacht, aber nicht mit weit entfernten Ereignissen in Verbindung gebracht. Zu komplex sind die Vorgänge im Untergrund. Dennoch galt bisher die Annahme, Vulkanausbrüche seien größtenteils vorhersagbar, sofern ein umfangreicher historischer Katalog für das Gebiet vorliegt und ein engmaschiges Monitoring initiiert wurde. Nun allerdings gibt es Belege dafür, dass es in den phlegräischen Feldern bei Neapel genau diese Gewissheit nicht geben kann. 

Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums konnten zeigen, dass weit entfernte Beben in den Apenninen eine erhöhte vulkanische Aktivität in den phlegräischen Feldern nach sich ziehen können, was die Vorhersagen letzterer wiederum wesentlich unwägbarer macht. Erdbeben sind nach momentanem Kenntnisstand nicht vorhersagbar. Und die vulkanische Aktivität erfolgt zeitversetzt. Das neue Konzept impliziert, dass geologische Prozesse, die durch vorbeikommende seismische Wellen ausgelöst werden, erst mehrere Monate nach dem Passieren der seismischen Wellen sichtbar werden. In einem Zeitfenster von 70 Jahren hat das Team von Dr. Philipp Weis 14 Hebungsereignisse in den phlegräischen Feldern identifiziert, 12 von ihnen gingen Erdbeben voraus. Für acht dieser Hebungsereignisse reicht die Zeitspanne von den registrierten, jedoch weiter entfernten Beben bis zur Hebung in den phlegräischen Feldern bis zu 1,2 Jahre. Dabei zeigen auch nahegelegene Verwerfungen, Reservoire und sogar der Vesuv zeitgleiche Hebungsereignisse, wie Ergebnisse des GFZ-Teams um Dr. Thomas Walter darlegen; auch diese sind möglicherweise durch entfernte Erdbeben ausgelöst. Vermutlich fördert das Passieren von seismischen Wellen die kurzzeitige Versprödung des Panzers des Magmareservoirs, der ansonsten gut verformbar ist. Eine solche Versprödung ermöglicht, dass Magma und gelöste flüchtige Stoffe aus dem magmatischen Reservoir freigesetzt werden. Die Fluide steigen dann oberhalb des magmatischen Reservoirs auf. Auch dem größten Ausbruch der letzten hundert Jahre, dem des Pinatubo auf der Insel Luzon (Philippinen), gingen große Erdbeben voraus. Diese Mechanismen und die damit verbundenen inhärenten Unsicherheiten erfordern weitere Untersuchungen.

Appell der Vulkanologen

Die Dauer der Ruhephasen von Vulkanen kann bisher nicht vorhergesagt werden. Meist, jedoch nicht immer, sind die kolossalen Vulkanausbrüche (VEI-7 und -8) dort zu erwarten, wo sich eine ozeanische Platte über oder unter eine Kontinentalplatte schiebt (Subduktionszonen). Eine wohl durchdachte Vorbereitung der Gesellschaft auf diese sehr großen, wenn auch sehr seltenen Vulkanausbrüche ist mindestens genauso wichtig für die vielen kleineren Eruptionen, so der eindringliche Appell von Experten. Unsere Abhängigkeit von Satelliten-Daten ist so immens, dass Vulkanologen dringend raten, detaillierte Untersuchungen darüber anzustellen, wie vulkanische Asche in der Atmosphäre sowie die veränderte atmosphärische Feuchte die Signale unserer zahlreichen GPS-Systeme beeinflusst. Ganz wichtig ist zum anderen, ein noch viel besseres Verständnis darüber zu erlangen, wie sich ungeheure Magmamengen im Untergrund ansammeln, wie sich Magmakammern füllen, bevor es zu einem gigantischen Ausbruch (größer gleich VEI-7) kommt. Eine Vorbereitung auf diese sehr seltenen Ereignisse (1-2 pro Jahrtausend für VEI-7-Eruptionen weltweit) mit potentiell desaströsen Folgen in einer global vernetzten Welt ist politisch jedoch ein Drahtseilakt. Allein der vergleichsweise unbedeutende Vulkanausbruch (VEI-4) des isländischen Vulkans Eyafjallajöküll im April 2010 verursachte laut Oxford Economics wirtschaftliche Schäden in Höhe von fünf Milliarden Euro. Und besonders Menschen sind heute zahlreich in Gefahr. Im 19. Jahrhundert waren die meisten Gebiete nicht annähernd so dicht besiedelt wie heutzutage. Allein 200 Millionen Indonesier leben weniger als 100 Kilometer entfernt von gefährlichen Vulkanen. Der schon lange ruhende Vulkankegelberg ‚Mount Damavand‘ im Iran liegt nur 70 Kilometer außerhalb Teherans. 90 % des vulkanischen Risikos ist in nur fünf Ländern konzentriert (Indonesien, Philippinen, Japan, Mexiko, Äthiopien). Doch weitaus mehr Länder der Erde würden mit den Folgen eines großen Ausbruchs zu kämpfen haben. Ein Mindestmaß an konzertierter Überwachung und intensiver Forschung ist eine globale Aufgabe, auf die Experten erneut entschieden hinweisen. Besonders vielversprechend sind dabei modernste Satelliten, um auch entlegene Vulkane zu erfassen und Vorboten zu erkennen.

Text: ESKP (Jana Kandarr)
Fachliche Durchsicht: Dr. Thomas Walter (Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungszentrum)

Quellen

  Lupi, M. et al. (2017): Regional earthquakes followed by delayed ground uplifts at Campi Flegrei Caldera, Italy: Arguments for a causal link.  Earth and Planetary Science Letters, 474: 436-446. Link

  Newhall, C., Self, S. und A. Robock (2018): Anticipating future Volcanic Explosivity Index (VEI) 7 eruptions and their chilling impacts. Geosphere 14 (2): 572-603. Link

  Ponomareva, V., Portnyagin, M. und S. M. Davies (2015): Tephra without borders: Far reaching Clues into Past Explosive Eruptions. Front. Earth Sci. 3:63. Link

  Witze, A. (2018): Volcanologists warn world is unprepared for next major eruption. Nature News. Link

  Brown, S. et al. (2014): Characterisation of the Quaternary eruption record: analysis of the Large Magnitude Explosive Volcanic Eruptions (LaMEVE) database. J. Appl. Volcanol. 3:5. Link

  Barnes, K. (2011): Europes ticking time bomb. Nature news. Link

  Oxford Economics (2010): The economic impacts of air travel restrictions due to the volcanic ash, Oxford Abbey house. Link

  Brown, S. K., Auker, M. und R. Sparks (2015): Populations around Holocene volcanoes and development of a Population Exposure Index, pages 223–232. Cambridge University Press.

Weiterführende Informationen

  Interaktive Karte: Historische Eruptionen in der Caldera der Phlegräischen Felder. Link

  Video zum Ausbruch des Tambora. ARD-Mediathek. Link

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