Deformation und Instabilität an Vulkanflanken durch Kompaktion eruptiver Ablagerungen

• Antragsteller: Dr. Edgar Zorn
• Fachliche Zuordnung: Geologie ; Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561282832

Vulkane entstehen durch rasch aufeinanderfolgende Ablagerung von Laven und pyroklastischem Material bei effusiven und explosiven Eruptionen. Solch schnelle Anhäufung von heterogenem vulkanischem Material führt zu Instabilität der vulkanischen Flanken, da die Ablagerungen durch Abkühlung und gravitative Setzung kompaktieren. Diese Temperatur- und Auflaständerungen verursachen nach ihrer Ablagerung unterschiedliche Spannungen und Dehnungen, wodurch sich auch die thermischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften der konsolidierenden Ablagerungen verändern. Diese sind entscheidend für die Stabilität der Vulkanflanken, jedoch bisher nicht genau quantifiziert worden. Die Folgen solcher Instabilität reichen von lokalen Bodendeformationen und Felsstürzen bis hin zu großflächigen katastrophalen Einstürzen der Vulkanflanken reichen, deren Schuttlawinen weitreichende Zerstörungen verursachen. Frühere Einstürze waren einige der tödlichsten Vulkankatastrophen in der Geschichte und sind bis heute kaum verstanden und unvorhersehbar. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, unser wissenschaftliches Verständnis und die Gefahrenabschätzung für zukünftige Ereignisse zu verbessern. In diesem Antrag skizziere ich einen sechsjährigen Forschungsplan, um die Auswirkungen der Kompaktion von vulkanischem Lockermaterial auf die Deformationen von Vulkanflanken und die Veränderungen der Ablagerungseigenschaften auf die Stabilität von Vulkanflanken zu messen. Ziel ist es, quantitative Datensätze und Methoden zur Untersuchung von Instabilität an Vulkanflanken weltweit bereitzustellen, um eine bessere Gefahrenabschätzung für Entscheidungsträger zu ermöglichen. Dies soll in drei Zielen erfolgen; die Vermessung räumlicher und zeitlicher Ausmaße post-eruptiver Deformationen an Vulkanen (O1) per Satellitenfernerkundung und Feldarbeit, durch die Bestimmung der thermischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften von kompaktierenden Ablagerungen (O2) in Laborexperimenten, und durch Zusammenführung von Messgrößenordnungen in Feld und Labor zur Vorhersage der Stabilitätsentwickelung and Vulkanen (O3) mit numerischen Modellen. Dies wird multidisziplinäre Beobachtungen und Daten integrieren und eine präzise Bewertung von Bodendeformationen, Ablagerungseigenschaften und Einsturzgefahren an Vulkanen weltweit ermöglichen. Die Ergebnisse werden die Vorhersage von Kompaktion in vulkanischem Lockermaterial ermöglichen sowie deren Entwickelung der Bruchfestigkeit, womit mögliche Schwächezonen die zu einem Abbruch führen könnten im frühzeitig erkannt werden. Die Daten werden einen enormen Wert für Gefahrenanalysen an den betroffenen Vulkanen haben und ermöglichen, mit neuartigen Testmethoden die ansonsten spekulativ geprägte Hangstabilitätsprobleme zu verbessern. Der Erfolg des Vorhabens wird die fundamentalen Prozesse und Größenordnungen von Flankeninstabilitäten an Vulkanen erklären und in teilweise vorhersagbare Gefahr transformieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Italien, Spanien
• Großgeräte: Direct Shear Apparatus
• Gerätegruppe: 2940 Spezielle Baustoff- und Bodenprüfgeräte, Schergeräte
• Kooperationspartner: Dr. Pablo J. Gonzalez; Francesco Maccaferri, Ph.D.