Seismische Beobachtung tiefer vulkanischer Prozesse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das SaMOVAR-Projekt zielte darauf ab, tief liegende vulkanische Prozesse durch seismische Beobachtungen zu untersuchen, wobei die Klyuchevskoy-Vulkangruppe (KVG) in Kamtschatka als natürliches Labor diente. Diese Region, der größte und aktivste Subduktionszonen-Vulkancluster weltweit, bot eine einzigartige Gelegenheit, Magmatransportmechanismen, Krusten- und Mantelanisotropie sowie präeruptive Veränderungen in Vulkansystemen zu untersuchen. Das Projekt konzentrierte sich auf das Verständnis der physikalischen Prozesse, die den Magma- und Fluiddrucktransport von tiefen Quellen zu flachen Reservoirs steuern. Um diese Ziele zu erreichen, wurden Daten aus dem temporären KISS-Netzwerk, das 80 Breitband-Seismographen umfasste, die zwischen 2015 und 2016 in Betrieb waren, und Langzeitaufzeichnungen aus dem permanenten seismischen Netzwerk von Kamtschatka mithilfe von Techniken wie Scherwellen-Splitting, Receiver-Function-Analyse, seismische Tomographie und Ambient-Noise-Analyse analysiert. Trotz der Herausforderungen durch den Russland-Ukraine-Krieg, der den Zugang zu bestimmten Datensätzen einschränkte, erzielte das Projekt durch die Nutzung alternativer regionaler und internationaler Datensätze bedeutende Fortschritte. Zu den wichtigsten Erkenntnissen gehörten komplexe Anisotropie-Muster im Mantel unterhalb der Kurilen-Kamtschatka-Subduktionszone, wobei toroidale Strömungen an den Plattenrändern die Dynamik des Mantels beeinflussen. Lokales Scherwellen-Splitting deutete auf eine schwache Anisotropie im Mantelkeil hin, während teleseismisches Schwerwellen-Splitting auf eine starke Anisotropie im Mantel unterhalb der Platte hindeuteten, was mit einer trench-parallelen Mantelströmung übereinstimmt. Es wurden zeitliche Änderungen der seismischen Geschwindigkeit im Zusammenhang mit vulkanischen und tektonischen Prozessen festgestellt, darunter Hinweise auf eine flache magmatische Reservoirinflation am Vulkan Bezymianny vor einem Ausbruch. Der episodisch wechselnde Charakter des seismischen Rauschens stellt in vulkanischen Umgebungen eine besondere Herausforderung dar und wurde mit Hilfe einer zeitlichen Clusterung angegangen, die Perioden relativer Stabilität identifizierte, welche zur Überwachung seismischer Geschwindigkeiten genutzt werden können. Eine weitere Herausforderung für die langfristige interferometrische Geschwindigkeitsüberwachung ergibt sich aus Änderungen der Stationskonfiguration. Dieses Problem wurde am Mount St. Helens bearbeitet, der seit Jahrzehnten instrumentiert ist, allerdings mit variablen Stationskonfigurationen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die auf der räumlichen Abbildung von Geschwindigkeitsänderungen basiert, um Daten von neuen Stationen in ein kohärentes 4D-Bild der sich ändernden seismischen Geschwindigkeiten zu integrieren. Im Rahmen des Projekts wurden innovative Tools entwickelt, wie die Open-Source-Software SeisMIC, die eine effiziente Überwachung der seismischen Geschwindigkeit ermöglicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Crustal structure and mantle anisotropy beneath Klyuchevskoy Volcano and surrounding regions in Kamchatka. Copernicus GmbH.
Kaviani, Ayoub; Rümpker, Georg; Koulakov, Ivan; Sens‐Schönfelder, Christoph & Shapiro, Nikolay
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Deciphering the Contributions of Volcanic and Environmental Events to Temporal Variations of the Regional Velocity Structure at the Kluchevskoy Volcano Group (Kamchatka, Russia). Copernicus GmbH.
Makus, Peter; Sens-Schönfelder, Christoph; Tilmann, Frederik & Walter, Thomas R.
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Particularities and Challenges of Ambient Noise Monitoring at Subduction Zone Volcanoes: A Comparison with Data from Cascadia and Kamchatka. In AGU Fall Meeting 2022
Makus, P., Denolle, M., Sens-Schonfelder, C., Walter, T. & Tilmann, F. J.
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Reconciling lab and field scale observations of nonclassical behavior of rocks. In AGU Fall Meeting, volume 2022
Sens-Schoenfelder, C., Illien, L., Makus, P. & Asnar, M.
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A study of the mantle flow field and lithospheric deformation beneath the Kuril-Kamchatka subduction zone using seismic anisotropy. Copernicus GmbH.
Kaviani, Ayoub; Rümpker, Georg; Sens‐Schönfelder, Christoph; Abolfazl, Komeazi Abolfazl Komeazi & Shapiro, Nikolai
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Analysis of shear-wave splitting to infer the seismic anisotropy of the lithosphere-asthenosphere system – inversion ambiguities, automatization, and machine-learning approaches. Copernicus GmbH.
Rümpker, Georg; Kaviani, Ayoub; Link, Frederik; Reiss, Miriam; Chakraborty, Megha; Faber, Johannes; Köhler, Jonas & Srivastava, Nishtha
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Deciphering the Whisper of Volcanoes: Monitoring Velocity Changes at Kamchatka's Klyuchevskoy Group With Fluctuating Noise Fields. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128(4).
Makus, Peter; Sens‐Schönfelder, Christoph; Illien, Luc; Walter, Thomas R.; Yates, Alexander & Tilmann, Frederik
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Illuminating the non-linear relationship between volcanic, tectonic, and environmental forcings and the seismic velocity by analysis of interdisciplinary datasets, XXVIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG) (Berlin 2023)
Makus, P., Sens-Schonfelder, C., Denolle, M. & Tilmann, F.
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Testing observables for teleseismic shear-wave splitting inversions: ambiguities of intensities, parameters, and waveforms. Annals of Geophysics, 66(2), SE206.
Rümpker, Georg; Kaviani, Ayoub; Link, Frederik; Reiss, Miriam Christina & Komeazi, Abolfazl
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The Complex Relationship between Seismic Velocity and Volcanic, Tectonic, and Environmental Forcings Illustrated by 23 Years of Data at Mt. St. Helens. In EGU General Assembly 2023
Makus, P., Denolle, M., Sens-Schonfelder, C., Kopfli, M. & Tilmann, F.
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Analyzing Volcanic, Tectonic, and Environmental Influences on the Seismic Velocity from 25 Years of Data at Mount St. Helens. Seismological Research Letters, 95(5), 2674-2688.
Makus, Peter; Denolle, Marine A.; Sens-Schönfelder, Christoph; Köpfli, Manuela & Tilmann, Frederik
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Feasibility of Deep Learning in Shear Wave Splitting analysis using Synthetic-Data Training and Waveform Deconvolution. Seismica, 3(1).
Chakraborty, Megha; Rümpker, Georg; Li, Wei; Faber, Johannes; Srivastava, Nishtha & Link, Frederik
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SeisMIC - an Open Source Python Toolset to Compute Velocity Changes from Ambient Seismic Noise. Seismica, 3(1).
Makus, Peter & Sens-Schönfelder, Christoph
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Toroidal mantle flow beneath the NE termination of the Kuril–Kamchatka subduction zone from seismic anisotropy. Geophysical Journal International, 237(1), 364-377.
Kaviani, Ayoub; Rümpker, Georg; Sens-Schönfelder, Christoph; Komeazi, Abolfazl & Shapiro, Nikolai
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Understanding the long-term 4D Dynamics of the Seismic Velocity at Mount St Helens, WA, USA. In EGU24. Copernicus Meetings
Makus, P., Denolle, M., Sens-Schonfelder, C., Kopfli, M. & Tilmann, F.
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Unravelling Contributions to the Dynamics of the Elastic Properties in Volcanic Environments: Towards Volcano Monitoring Using Passive Image Interferometry. Freie Universitat Berlin
Makus, P.
