Studie: Erdbeben unter dem Laacher See deuten Magmabewegungen an

Unter dem vulkanischen Laacher See, dem jüngsten großen Eruptionszentrum in der Osteifel, könnte sich Magma bewegen. Dies geht aus einer Studie des Erdbebendienstes Südwest mit dem Deutschen Geoforschungszentrum (GFZ) Potsdam, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Landeserdbebendienst Nordrhein-Westfalen hervor. Demnach konnten seit 2013 Episoden tiefer, niedrigfrequenter Erdbeben (DLF) registriert werden, die sich in kleinen Clustern in Tiefen von 8 bis 45 Kilometern unterhalb der Osteifel ereigneten. Dies sind die ersten seismologischen Nachweise magmatischer Prozesse unter dem als aktiv geltenden Vulkanfeld. Aussagen über mögliche zukünftige vulkanische Aktivität ließen diese Beobachtungen zwar nicht zu, doch fordern sie eine Neubewertung der Gefährdungssituation in der Eifel. 

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Ein Zusammenschluss der seismischen Observatorium der Länder Rheinland-Pfalz und Nordrhein-Westfalen, der Universität Köln, des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Geoforschungszentrums Potsdam und des deutschen Regionalnetzes der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) erlaubte in den vergangenen fünf Jahren eine verbesserte seismische Überwachung der Eifel. Durch diese technischen Fortschritte war es im Herbst 2013 erstmals möglich, tiefe Erdbeben unter der Osteifel zu detektieren. Aufgrund der physikalischen Bedingungen, die die Entstehung tektonischer Erdbeben in Tiefen von über 40 Kilometern verhindern, überraschte das Auftreten und ein Zusammenhang mit magmatischen Prozessen wurde aufgrund der Charakteristik gemutmaßt.

In den Jahren 2015, 2017 und 2018 wiederholte sich das Auftreten dieser Beben, die sich von tektonischen Erdbeben durch die Art der freigesetzten Energie unterscheiden und aufgrund des Entstehungsprozesses nur sehr geringe Magnituden aufweisen. In insgesamt vier räumlich verteilten Clustern ereigneten sich acht Episoden von DLF-Erdbeben, wie aus der Studie unter der Leitung von Martin Hensch, Torsten Dahm, Joachim Ritter, Sebastian Heimann, Bernd Schmidt, Stefan Stange und Klaus Lehmann hervorgeht. Die Charakteristiken des seismischen Signals der Erdbeben, die sich impulsartig innerhalb weniger Minuten ereignet haben, lasse demnach den Schluss zu, dass eine Interaktion magmatischer Fluide mit dem umgebenen Gestein zu den Mikroerschütterungen geführt habe. Dies sei nur möglich, wenn das Magma in Bewegung ist, also die Position innerhalb der Erdkruste verändert, was auf sich langsam füllende Magmakammern unter dem Laacher See hindeuten könnte.

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Vorherige seismologische und petrologische Untersuchungen deuteten zuvor bereits auf eine wahrscheinlich noch existierende Magmakammer in fünf bis acht Kilometern Tiefe unter dem Laacher See hin, die zu der Eruption vor rund 13.000 Jahren geführt hat. Die räumliche Verteilung der detektierten Erdbebencluster beschreibt einen möglichen Aufstiegskanal, der sich von der Magmakammer in südöstliche Richtung nach unten ausdehnt. Innerhalb diesem bewegen sich demnach Gesteinsschmelzen und Gase.
Das erste, tiefste Cluster von 2013 lag nahe des Ortes Ochtendung. Die zweite Episode der DLF Erdbeben im April 2015 ereignete sich in geringerer Tiefe von nur 10 bis 15 Kilometern direkt am Südostufer des Laacher Sees und damit am unteren Rand der mutmaßlichen Magmakammer. Im Juni 2017 folgte eine weitere Episode an ähnlicher Stelle, aber in größerer Tiefe (18 bis 25 km), gefolgt von einem Cluster südlich von Kruft in über 30 Kilometern Tiefe im Oktober 2017. Die letzten beiden Cluster waren nochmals im April 2018, bzw. in Mai und Juni 2018 aktiv. Erneute DLF-Beben an der Unterseite der Magmakammer traten zudem erneut im Oktober 2018 auf.
Die räumliche Verteilung der Erdbebenherde folgt in etwa dem Verlauf der Ochtendung-Störungszone, einer tektonischen Bruchkante, die das Neuwieder Becken westlich begrenzt und die als Auslöser für die häufig auftretenden, tektonischen Erdbeben in der Osteifel angenommen wird. Diese Gruppierungen lassen auf verschiedene kleine Magmakörper in der Erdkruste schließen, die sich zwischen der Hauptkammer in geringer Tiefe und der Plume im oberen Erdmantel befinden und episodisch in Bewegung sind.

Abb. 1: Position der detektierten Erdbebencluster magmatischen Ursprungs und der Erdbebensequenz nördlich des Laacher Sees.

Von allen detektierten Erdbeben, die mit Magnituden von unter ML1.5 nicht von Menschen wahrgenommen wurden, waren besonders die im Frühsommer 2017 signifikant. Infolge dieser tiefen Sequenz kam es an der Ochtendung-Störungszone für mehrere Monate zu erhöhter Erdbebenaktivität, was in einem deutlich spürbaren Beben der Stärke 2.7 am 15. Juni resultierte.
Aufmerksamkeit der Autoren weckte zudem eine sechs Monate andauernde Sequenz von Erdbeben in geringer Tiefe (3 bis 10 km) nördlich des Laacher Sees nahe des Dorfes Glees, das ebenfalls auf die Sequenz im Juni 2017 folgte. Diese Erdbebensequenz bei Glees könnte, so die Autoren, durch aus der Magmakammer aufsteigendes CO2 ausgelöst worden sein. Auch eine magmatische Intrusion, also das Eindringen von Magma ins oberhalb liegende Gestein, könne nicht ausgeschlossen werden. Das Fehlen von geodätischer und geochemischer Überwachung des Vulkangebiets erlaube keine genauere Beurteilung.

Die Ergebnisse der Studie belegen die ersten bisher beobachteten Aktivitäten am Osteifel-Vulkanfeld. Da die seismische Überwachung, die diese Beobachtungen möglich machte, erst seit 2013 detektiert, sei nicht klar, ob es sich um neue Prozesse handele, oder ob diese bereits seit langer Zeit auftreten.
DLF-Erdbeben wurden in den letzten Jahren an zahlreichen aktiven Vulkanen, unter anderen in Russland und auf Island, aufgezeichnet. Sie gelten nicht als Warnzeichen bevorstehender Vulkanausbrüche, sondern lediglich als Nebenprodukt magmatischer Aktivität, die in Vulkangebieten normal ist. Auch, dass keine konstante Abnahme der Tiefe der Erdbeben beobachtet wurde, was auf den konstanten Zustrom von Magma in die Magmakammer hindeuten würde, sondern ein sporadisches Bewegen innerhalb des Förderkanals, lässt nicht auf erhöhtes Risiko bevorstehender vulkanischer Aktivität schließen. Frühere petrologische Studien der Vulkangesteine in der Eifel zeigten zudem, dass magmatische Prozesse, die früheren Eruptionen in der Eifel vorausgingen, mehrere 10.000 Jahre angedauert haben.

Die Ergebnisse lassen jedoch eine Neubewertung der magmatischen Prozesse und der daraus resultierenden Gefahren durch vulkanische und seismische Aktivität zu. Daher fordern die Autoren eine bessere geophysikalische, geochemische und geodätische Überwachung des Gebietes, um zukünftige Bedrohungen durch Vulkanausbrüche besser einschätzen zu können und mögliche Zusammenhänge zwischen magmatischen Prozessen und tektonischen Erdbeben zu ermitteln.

Publikation
Martin Hensch, Torsten Dahm, Joachim Ritter, Sebastian Heimann, Bernd Schmidt, Stefan Stange and Klaus Lehmann: Deep low-frequency earthquakes reveal ongoing magmatic recharge beneath Laacher See Volcano (Eifel, Germany). Geophysical Journal International, 2018. DOI: 10.1093/gji/ggy532

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Jens ist 25 Jahre alt und studierte von 2013 bis 2019 an der Ruhr-Universität Bochum, zunächst Geowissenschaften (B.Sc. Abschluss) und später mit Spezialisierung auf Erdbebenphysik und -gefährdung. Seit Juni 2019 lebt er in Karlsruhe und arbeitet im Bereich Katastrophenforschung.

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