Schweres Erdbeben und Vulkanausbruch auf Hawaii: Die Zusammenhänge

USA – Man kann vielleicht schon von einer katastrophalen Situation sprechen: Nach Tagen erhöhter seismischer Aktivität bricht am 3. Mai auf der hawaiianischen Hauptinsel Big Island der Vulkan Kilauea aus. Zuvor war der daueraktive Krater Pu’u O’o, aus dem normalerweise die Lava in unbewohntes Gebiet austritt, eingestürzt infolge starker magmatischer Intrusionen, die Ende April bereits zu erhöhter Aktivität im Nachbarkrater Halema’uma’u geführt hat.
Im Folgenden wollen wir auf die Ereignisse eingehen, die Zusammenhänge und Auswirkungen erläutern.

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Der Kilauea auf Big Island ist der zur Zeit aktivste Vulkan der Welt. Seit Jahrzehnten spuckt er durchgehend Lava, was meist harmlos, aber teilweise sehr spektakulär geschieht, was den Vulkan zu einer beliebten Touristenattraktion hat. Er besitzt zwei daueraktive Krater: Halema’uma’u am Gipfel und Pu’u O’o an der Ostflanke. Im Halema’uma’u brodelt zur Zeit ein Lavasee, ebenso zeitweise im Pu’u O’o. Beide bilden Lavaströme, die meist an der Südküste von Hawaii aktiv sind und manchmal ins Meer fließen.
Diese unbewohnte Südküste von Hawaii hat neben den vulkanischen Aktivitäten noch eine andere geologische Besonderheit: Sie ist instabil, das heißt sie rutscht langsam Richtung Meer ab, was indirekt auf die Magmabewegungen und die vulkanische Aktivität zurückzuführen ist. Dies geschieht entlang mehrerer sehr aktiver Störungszonen, die nicht sehr groß sind, aber eine hohe Bewegungsrate aufweisen, was zu starker seismischer Aktivität führt. Erdbeben bis nahe Magnitude 8 sind entsprechend möglich. So geschehen im Jahr 1975, Magnitude 7.7. Aber auch im Jahr 1989 hat es mit M6.4 ein starkes Erdbeben gegeben.

Aktive Vulkane (Rote Dreiecke), instrumentell registrierte Starkbeben (Kreise) und aktive Störungszonen (Linien) auf Big Island

Bevor ich auf die aktuellen Geschehenisse eingehe, noch ein detaillierter Blick auf den Kilauea. Dieser befindet sich oberhalb der aktiven Störungszonen und verfügt über zwei Riftzonen, eine im Westen und eine im Osten. Entlang dieser Riftzonen kam es in der Vergangenheit, zusätzlich zu der Gipfeltätigkeit, immer wieder zu Spalteneruptionen. Dabei bildeten sich hunderte Meter lange Risse im Boden, aus denen Lava ausgeworfen wurde. Ähnliches Eruptionsverhalten wiesen auch die großen Nachbarvulkane Mauna Loa, Mauna Kea und Hualalai auf.
Dabei öffnen sich meist bereits vorhandene Spalten, die parallel zueinander verlaufen entsprechend den vorherrschenden Spannungen im Gestein (übrigens verlaufen die aktiven Störungen an der Südküste ebenfalls parallel dazu). Wenn es entlang der Riftzonen zu Spalteneruptionen kommt, geschieht das nicht immer an der selben Stelle. Es kann theoretisch jedes Gebiet dort treffen.

Seit April ist nun der Kilauea besonders aktiv. Zunächst machte sich das am Halema’uma’u bemerkbar mit erhöhter Mikroseismizität und starken Schwankungen im Pegel des Lavasees. Ende April und Anfang Mai „wanderte“ die Aktivität zum Pu’u O’o, der infolge dessen eingestürzt ist. Dieser Einsturz war quasi ein Verstopfen des Magmakanals. Kein Phänomen, das selten auftritt, aber in diesem Zusammenhang mit Ausschlaggebend für die folgenden Ereignisse.
Bereits während der Aktivität zuvor kam es zu Bodenhebungen, da viel Magma in die Erdkruste eingedrungen ist. Mehrere Zentimeter sowie Veränderungen der Hangneingung wurden vom Hawaii-Vulkanobservatorium gemessen.
Mit dem Einsturz des Pu’u O’o und dem damit verbundenen „Verstopfen des Ventils“ beschleunigten sich die Bodenhebungen und auch die Erdbebenaktivität verstärkte sich. Da das Magma in die östliche Riftzone eingedrungen ist, kam es auch dort zu starken Bodenhebungen. Dies führte zu starken Spannungsänderungen im umliegenden Gestein, was die Störungszonen an der Südküste reaktiviert hat. Zunächst gab es Beben mit Magnitude 4, am 3. Mai sogar Magnitude 5.

Erdbebenaktivität, Störungszonen und Eruptionszentren Kilauea

Währenddessen wuchs auch der Druck auf das Magma im Untergrund, teilweise auch bedingt durch die seismische Aktivität, vor allem aber durch fortschreitende Intrusionen. Schließlich gab am 3. Mai die Oberfläche an einer vorhandenen Störungszone des Ostrifts nach – unglücklicherweise genau in Leilani-Estates, einer der Siedlungen der Region.
Zunächst öffnete sich eine Eruptionsspalte – inzwischen sind sechs aktiv und es könnte weitere geben.

Die Verteilung der Seismizität, die mit der Magmaintrusion und der folgenden Eruption einherging, umfasst quasi die gesamte Südküste, was darauf schließen lässt, dass auch im Bereich der Störungszonen an der Südküste Magma in Bewegung war.

Mit dem Beginn der Eruption und dem Öffnen eines neuen Ventils lockerte sich der Druck im Untergrund, was mit plötzlichen Bodensenkungen einherging. All diese starken Bodenbewegungen innerhalb kurzer Zeit wirkten sich stark auf die Störungszonen aus, welche dann am Abend des 4. Mai, rund 24 Stunden nach Einsetzen der Eruption, nachgegeben haben.

Lage der aktuell aktiven Eruptionsspalten in Leilani Estates

Zunächst gab es um 23:32 Uhr MESZ an der Hilina-Störung ein Beben mit Magnitude 5.4 im gleichen Gebiet wo am Tag zuvor das M5.0 registriert wurde. Wenig später um 00:32 Uhr das Hauptbeben: Magnitude 6.9 nach einigen Korrekturen, das stärkste Erdbeben auf Hawaii seit über 40 Jahren. Der Herd lag mutmaßlich ebenfalls an der Hilina-Störungzone, allerdings vor der Küste. Die Verteilung der Nachbeben deutet zudem darauf hin, dass weitere Störungssegmente aktiv waren.

Die Auswirkungen des Erdbebens waren entsprechend stark im Südosten von Big Island. Es gab zwar nur geringe Gebäudeschäden, wie bislang gemeldet wird, doch führte das Beben verbreitet zu Stromausfällen und Störungen in der Wasserversorgung. Die Erschütterungen waren auch auf den Nachbarinseln zu spüren. Da Erdbeben wie gesagt auf Hawaii normal sind und Gebäude entsprechend sicher gebaut sind, waren die Schäden überschaubar.
Ein kleiner Tsunami wurde durch das Erdbeben ausgelöst, welcher aber keine Schäden anrichtete.

Bereits vor dem Hauptbeben haben sich in Leilani Estates neue Eruptionsspalten geöffnet, weitere folgten nach dem Beben. Es ist also nicht davon auszugehen, dass sich die Eruption selbst und das Erdbeben gegenseitig beeinflusst haben.

Wie bereits erwähnt ist es zu zahlreichen Nachbeben gekommen. Diese umfassen das Gebiet unmittelbar um den Erdbebenherd, durch Stresstransfer allerdings auch entferntere Störungen. Unter anderem wurde an der westlichen Riftzone ein Beben mit Magnitude 5.3 ausgelöst. Im Gipfelbereich westlich des Halema’uma’u kam es zu einem M4.8 und zahlreichen kleineren Beben, möglicherweise einhergehend mit einer neuen Magmaintrusion, der das große Beben quasi die Türen geöffnet hat (Spekulation). Auch im Zentrum von Big Island und an am östlichen Rift kam es zu einzelnen Erdbeben.
Einzig seismisch unbeeindruckt: Das Eruptionszentrum, was allerdings wenig überrascht.

Zwischen der Eruption und dem schweren Erdbeben besteht also kein direkter Zusammenhang und auch keine Wechselwirkung, wobei die initiale Magmaintrusion ursächlich, bzw. mitverursachend für beide Ereignisse war.

Generell bleibt sowohl die Erdbebengefahr als auch die Gefahr neuer Ausbrüche an der östlichen Riftzone hoch. Durch die Eruption und das Hauptbeben wurde viel Spannung aus dem Untergrund genommen, allerdings auch neue an anderen Stellen ausgebaut. Im Falle neuer Magmaintrusionen, wie möglicherweise am Halema’uma’u gerade geschieht, könnten diese Spannungen erneut verändert werden. Die Verteilung der Nachbeben deuten zudem darauf hin, dass die Hilina-Störungszone durch die Aktivität bislang nur teilweise aktiv gewesen ist und viele Segmente übrig bleiben, an denen noch Restspannung vorhanden ist. Es ist also denkbar, dass dort in den folgenden Tagen weitere starke Erdbeben auftreten.

Die aktuell andauernde Eruption stellt für die Menschen generell wenig Gefahr dar, da die betroffene Region evakuiert worden ist. Leilani Estates und Nachbarorte werden durch die Lavaströme und möglich neue Eruptionen aber zum Teil zerstört werden. Etwas, das durch den Kilauea immer wieder geschieht und so wie die Erdbebenaktivität zum natürlichen Verhalten des Vulkans gehört.

Folgendes Flussdiagramm soll die Vorgänge und die zusammenhängenden Mechanismen zusammenfassen.

Nützliche Links:
Hawaii-Vulkanobservatorium
USGS-Erdbebendienst
Bodendeformationen Kilauea
Zivilschutz Hawaii



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Jens ist 24 und studiert seit 2013 an der Ruhr-Uni Bochum Geowissenschaften. 2011 hat er mit einem privaten Erdbebenblog begonnen, aus dem sich später erdbebennews.de entwickelt hat. Er hat journalistische Erfahrungen und interessiert sich seit der Kindheit für Geologie, Meteorologie und Naturkatastophen.

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