Seismische Beobachtung tiefer vulkanischer Prozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Georg Rümpker; Dr. Christoph Sens-Schönfelder
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443363136

Wir beabsichtigen seismologische Untersuchungen von präeruptiven Prozessen in den tiefen Bereichen magmatischer Systeme von Vulkanen in Subduktionszonen. Vulkane werden von Schmelzen gespeist, die im Mantel entstehen und durch ein Kanalsystem, das komplexe Strömungswege und Reservoire umfasst, zur Oberfläche aufsteigen. Diese Prozesse können auf Grundlage ihrer seismologischen Ausprägungen untersucht werden. Durch Magma- und Gastransport hervorgerufene Druckvariationen erzeugen langperiodische Seismizität und Spannungsänderungen im umliegenden Gestein, die zu charakteristischen seismischen Signalen sowie Änderungen der elastischen Eigenschaften des Untergrundes führen.Die größten explosiven Vulkanausbrüche werden von magmatischen Reservoiren in einigen Kilometern Tiefe gespeist. Derzeit spiegeln die meisten Beobachtungen nur die flache präeruptive Aktivität wider. Das Verständnis vulkanischer Systeme und das Erkennen frühester Anzeichen einer Reaktivierung erfordert Beobachtungen der Prozesse in den tiefen Bereichen des Vulkansystems. Zu diesem Zweck werden wir die Kljutschewskoi-Vulkangruppe (KVG) in Kamtschatka untersuchen, die das größte und aktivste Cluster von Subduktionsvulkanen darstellt und durch systematische seismisch-vulkanische Aktivität in großer Tiefe charakterisiert ist. Die Untersuchungen basieren auf der Analyse von zwei Datensätzen, die sich perfekt ergänzen. Zunächst werden wir die Daten des deutsch-französisch-russischen Feldexperiments KISS nutzen, in dem von 2015 bis 2016 mehr als 80 Breitbandseismometer in der KVG-Region betrieben wurden und die den Ausbruch des Klyuchevskoy 2016 mit einer beispiellosen räumlichen Abdeckung aufzeichneten. Wir werden dies mit Langzeitaufzeichnungen (teils > 20 Jahre) des permanenten seismischen Netzwerks kombinieren, das von unseren russischen Partnern in der KVG betrieben wird und aktuell aus 25 Stationen besteht. Dieser Datensatz enthält Aufzeichnungen von mehr als 30 starken Eruptionen (VEI bis zu 4) der drei großen KVG-Vulkane, wobei den meisten davon tiefe seismisch-vulkanische Aktivität vorausgeht.Wir werden die Daten mit modernen seismologischen Methoden analysieren, diese beinhalten Studien zur Seismizität, zeit-aufgelöste Tomographie basierend auf seismischem Rauschen und Erdbeben, sowie Untersuchungen zu zeitlichen Änderungen der seismischen Anisotropie. Die Ergebnisse werden die Aktivität im tiefen Vulkansystem und Auswirkungen auf die Eigenschaften der Erdkruste widerspiegeln. Sie werden verwendet, um die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse zu quantifizieren, die auch von unseren Projektpartnern mittels fluiddynamischer Modelle analysiert werden. Als wichtigste Ergebnisse erwarten wir die Entwicklung eines umfassenden physikalischen Modells der Prozesse, die den Magmaaufstieg aus den tiefen Bereichen bis zur Oberfläche kontrollieren, sowie die Entwicklung von seismologischen Verfahren, um diese tiefen Prozesse im Vorfeld von Vulkanausbrüchen besser zu beobachten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Torsten Dahm
• Kooperationspartner: Professor Dr. Édouard Kaminski; Professor Dr. Nikolai Shapiro