Hinweise für Aufstieg magmatischer Fluide unter dem Laacher See

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Der Laacher See im Luftbild.
Copyright: Df1paw (via WikimediaCommons) / CC BY-SA 4.0

Potsdam (Deutschland) – Mit Hilfe eines neuen Sensoren-Systems haben Geowissenschaftler Hinweise auf von Magmabewegungen verursachte tiefe und niedrigfrequente Erdbeben unter dem Laacher-See-Vulkan, sog. „Deep-Low-Frequency-Erdbeben“ (DLF-Erdbeben), registriert und raten zur Neubewertung der vulkanischen Gefährdung der Eifel. Hinweise für eine aktuell bevorstehende vulkanische Aktivität sehen die Wissenschaftler derzeit jedoch noch nicht.

Wie das Team aus Wissenschaftlern des Erdbebendienstes Südwest mit dem Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ), dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Landeserdbebendienst Nordrhein-Westfalen aktuell im „Geophysical Journal International“ (DOI: 10.1093/gji/ggy532) berichtet, könnten in der Osteifel Magmen aus dem oberen Erdmantel in die mittlere und obere Erdkruste aufsteigen. Hinweise dafür seien die mit dem seit 2013 installierten umfangreichen seismologischen Messnetzwerkes gemessenen DLF-Erdbeben.

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„Die festgestellten Erdbeben werden in großen Tiefen erzeugt und zeichnen sich durch ungewöhnlich niedrige Schwingfrequenzen aus. Ihre Stärke liegt unterhalb der Grenze der menschlichen Wahrnehmung“, erklärt Professor Joachim Ritter vom Geophysikalischen Institut (GPI) des KIT.

Hintergrund
DLF-Erdbeben werden in einer Tiefe zwischen zehn und über vierzig Kilometern erzeugt, das heißt in der Erdkruste und im oberen Erdmantel. Ihre dominanten Schwingfrequenzen liegen zwischen einem und zehn Hertz, und damit deutlich niedriger im Vergleich zu tektonischen Erdbeben vergleichbarer Stärke.  Sie gelten weltweit als Hinweis auf die Bewegung magmatischer Fluide in großer Tiefe. Unter aktiven Vulkanen, beispielsweise auf Island, in Japan oder Kamtschatka, lassen sich solche Erdbeben regelmäßig beobachten.

Wie die Pressemitteilung der beteiligten Institute erläutert, legen die Ergebnisse der Studie in der Osteifel nun nahe, dass unter dem Laacher-See-Vulkan magmatische Fluide aus dem oberen Erdmantel in die Erdkruste aufsteigen könnten. „Dies lässt sich als Hinweis darauf auffassen, dass Magmenkammern in der Erdkruste unterhalb des Laacher Sees existieren und sich langsam füllen könnten.“

In ihrer Studie zeigen die Forscher dass besagte DLF-Erdbeben in der Osteifel episodisch in zeitlich und räumlich eng begrenzten Gruppen auftreten und sich etwa entlang einer Linie von 10 bis 45 Kilometern Tiefe aufreihen. Daraus könne geschlossen werden, dass im Bereich des Laacher Sees Fluide und Magmen, das heißt aufgeschmolzenes Gestein, aus dem oberen Erdmantel in die mittlere und obere Erdkruste aufsteigen könnten.

Perspektivische Darstellung der tektonischen Erdbeben (Kreise) und DLF-Erdbeben (Sterne) in der Osteifel. Die Tiefen der DLF-Erdbebengruppen sind farblich kodiert, 8-14 km dunkelrot, 19-26 km rot, 31-37 km orange und 40-43 km gelb. Im Vergleich dazu werden tektonische Erdbeben nur oberhalb einer maximalen Tiefe von 15 km beobachtet.
Quelle: Erdbebendienst Südwest

Insgesamt wurden in den vergangenen fünf Jahren vier räumlich eng begrenzte Gruppen von DLF-Erdbeben in der Osteifel nachgewiesen. Die Bebengruppen seien vom Laacher See aus steil nach unten in Richtung Südosten abfallend angeordnet. Neben der räumlichen Trennung ist auch das zeitliche Auftreten der DLF-Erdbeben scharf begrenzt: Bis jetzt haben die Experten acht Episoden von DLF-Erdbeben zwischen 40 Sekunden und acht Minuten Dauer beobachtet.

In den Beobachtungen sehen die Experten derzeit aber noch kein unmittelbares Vorläufersignal einer aktuell bevorstehenden vulkanischen Aktivität: „Der Aufstieg von Magma in die flache Erdkruste geht in aller Regel mit hochfrequenten Erdbebenschwärmen einher. Eine solche Aktivität war in der Osteifel bis jetzt nicht zu beobachten. (…) Außerdem fehlen Hinweise auf Hebungen der Erdoberfläche, die bei massiven Magmenaufstiegen deutlich feststellbar sein müssten.“

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Den letzten Ausbruch des Lacher-See-Vulkans datieren Wissenschaftler in eine Zeit vor 12.900 Jahren. Diese Werte zeigen, dass Befüllung und Differenziation der oberen Magmenkammer unter dem Laacher See etwa 30.000 Jahre gedauert haben könnten, bevor es zum eigentlichen Ausbruch kam. „Das bedeutet, dass die magmatischen Prozesse sich über extrem lange Zeiträume hinziehen, bevor es zu einer Eruption kommt.“ Da die technischen Voraussetzungen zur Detektion und Lokalisierung von DLF-Erdbeben in der Osteifel erst seit einigen Jahren eine ausreichende Qualität erreicht haben, lasse sich rückwirkend nicht feststellen, seit wann DLF-Erdbeben im Bereich des Laacher Sees auftreten. Es sei allerdings anzunehmen, dass dies bereits vor 2013 der Fall war.

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Um die Zusammenhänge zwischen den DLF-Erdbeben und möglicher magmatischer Aktivität unter der Osteifel besser untersuchen zu können, empfehlen die Forscher eine Intensivierung der geochemischen Überwachung zur Analyse austretender Gase sowie wiederholte geodätische Messungen zur Feststellung möglicher Deformationen der Erdoberfläche. Ebenso sollten gezielte geophysikalische Untersuchungen zur Abbildung und Charakterisierung möglicher Magmareservoire unter der Laacher-See-Region vorgenommen werden. Weiterhin raten die Wissenschaftler zu einer Neubewertung der vulkanischen Gefährdung der Eifel.

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