Können Erdbeben Vulkanausbrüche auslösen?

Tektonische Beben zählen zu den gewaltigen Naturphänomenen unseres Planeten. Da überrascht es nicht, dass sie manchmal im Verdacht stehen werden, auch Vulkanausbrüche auszulösen.

Viele Vulkane befinden sich zudem in seismisch sehr aktiven Regionen. Das beste Beispiel dafür ist der Pazifische Feuerring – eine eigentlich eher hufeisenförmige Region, die am Rand der tektonischen Platten des Pazifikbeckens verläuft. In diesem Bereich befinden sich 75 Prozent aller aktiven Vulkane der Erde und mehr als 90 Prozent aller verzeichneten Erdbeben fanden dort statt.

In solchen seismischen Hotspots ereignen sich Erdbeben und Vulkanausbrüche oft etwa zeitgleich – aber genau das würde man eigentlich auch erwarten. Entgegen zahlreicher Spekulationen im Internet kann man nicht automatisch davon ausgehen, dass es einen Zusammenhang zwischen einem Erdbeben und einem darauffolgenden Vulkanausbruch gibt.

„Der Vulkanausbruch hat sich womöglich schon länger angebahnt oder dauerte vielleicht auch schon seit längerer Zeit an“, sagt die Vulkanologin Janine Krippner.

Trotzdem ist die Frage danach, ob Erdbeben Vulkanausbrüche auslösen können, ein ernsthaftes Forschungsthema, mit dem sich Experten schon seit Jahrhunderten beschäftigen. Diverse Belege aus aktuellen Studien deuten darauf hin, dass es in bestimmten Fällen durchaus einen potenziellen Zusammenhang geben könnte. Auf welchem Stand die Forschung diesbezüglich gerade ist, haben wir im Folgenden zusammengefasst.

Die Spur der Lava

Atsuko Namiki, eine Professorin für Geowissenschaften an der Universität Hiroshima, verweist auf ein paar geophysikalische Studien, deren Daten auf einen Zusammenhang hindeuten. Eine Studie aus dem Jahr 1993 bringt ein Erdbeben der Stärke 7,3, das in Kalifornien auftrat, mit vulkanischer und geothermaler Aktivität in Verbindung, die sich kurz danach ereignete. In einer weiteren Studie von 2012 heißt es, dass ein Erdbeben der Stärke 8,7, welches 1707 in Japan auftrat, tieferliegendes Magma in eine flache Kammer drückte. Das löste einen großen Ausbruch des Fuji aus, der sich 49 Tage später ereignete.

Selbst der Geologische Dienst der USA, der mit seinen Aussagen generell lieber auf der sicheren Seite bleibt, bestätigt, dass Erdbeben manchmal Vulkanausbrüche auslösen können. Die Behörde vermutet, dass einige historische Beispiele ein Indiz dafür sein können, dass die starken Bodenerschütterungen den Druck rund um eine nahegelegene Magmaquelle verändern und so vulkanische Aktivität auslösen können. Sie verweist auf ein hawaiianisches Beben der Stärke 7,2, das sich am 29. November 1975 ereignete. Kurz darauf kam es zu einem kurzen Ausbruch des Kīlauea.

Allerdings gibt es da ein paar Probleme. Der Geologische Dienst betont, dass die Auslösemechanismen für solche Ereignisse längst nicht gut genug erforscht sind und Studien, die eine Verbindung zwischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen herstellen, letzten Endes nur auf Basis von Spekulationen arbeiten.

Zweitens ist es durchaus möglich, dass das Timing der oben genannten Beispiele nur Zufall war. Zuerst müssen Geologen alle spezifischen Auslösemechanismen vollumfänglich verstehen und Zufälle ausschließen können, bevor sie einen eindeutigen Zusammenhang nachweisen können. Die Komplexität der geologischen Prozesse unseres Planeten macht beides nicht leicht.

Darwins Irrtum

Mit statistischen Erhebungen versucht man, das Problem des Zufalls einfach direkt anzugehen. Eine Studie, die 1998 in „Nature“ erschien, untersuchte, ob Erdbeben der Stärke 8,0 oder höher binnen fünf Tagen Vulkanausbrüche in bis zu 800 Kilometern Entfernung zum Epizentrum auslösen können. Mit Hilfe von Daten, die bis ins 16. Jahrhundert zurückreichen, fanden die Autoren heraus, dass solche Ausbrüche mit viermal höherer Wahrscheinlichkeit auftreten, als es purer Zufall erklären könnte.

Auf ähnliche Weise nutzte eine Studie aus dem Jahr 2009 historische Daten, um zu zeigen, dass Erdbeben der Stärke 8,0 in Chile in Zusammenhang mit deutlich erhöhten Ausbruchsraten für bestimmte Vulkane in bis zu 600 Kilometern Entfernung stehen. Das Problem ist nur, dass historische Aufzeichnungen nicht unbedingt verlässlich oder vollständig sind.

Galerie: Die Kraft der Vulkane

„Große Erdbeben und Vulkanausbrüche sind vergleichsweise seltene Ereignisse. Erst seit knapp einem halben Jahrhundert – je nach Region auch schon etwas länger – führen Wissenschaftler verlässliche Aufzeichnungen darüber“, sagt Theresa Sawi, eine Forscherin im Fachbereich Geophysik an der University of California in Berkeley.

Viele historische Daten stammen zudem aus uneindeutigen Zeitungsberichten oder Tagebucheinträgen. Der Vulkanologie-Professor David Pyle von der University of Oxford verweist darauf, dass Charles Darwin einer der ersten Forscher war, die einen Zusammenhang zwischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen herstellten.

Im Jahr 1840 sammelte Darwin Augenzeugenberichte zu kleinen Veränderungen an chilenischen Vulkanen, die nach einem großen Beben im Jahr 1836 aufgetreten waren. Dass es tatsächlich zu Ausbrüchen kam, konnte nicht nachgewiesen werden. „Trotzdem landeten all diese ‚Ereignisse‘ im Katalog für Vulkanausbrüche und scheinen nun Beweise dafür zu liefern, dass Erdbeben Vulkanausbrüche auslösen können“, so Pyle.

Wie eine Zahnpastatube

Sawi hat an einer neueren statistischen Analyse mitgeschrieben, die im „Bulletin of Vulcanology“ erschien und versucht, diese Probleme zu umgehen. Die Studie arbeitet hauptsächlich mit wissenschaftlich verlässlicheren Daten ab 1964 und betrachtet kleinere Beben ab Stärke 6,0, die im Umkreis von 800 Kilometern eines Vulkanausbruchs auftraten.

Das Team identifizierte 30 Vulkane, die mindestens einmal aufgrund eines Erdbebens ausgebrochen sein könnten. Was die Verteilung über die 365 Tage des Jahres anging, konnten die Forscher keine Ausbrüche finden, die sich nicht auch einfach zufällig ereignet haben könnten. Dieses Ergebnis widerspricht einem Befund aus einem Bericht von 2006, an dem Michael Manga beteiligt war, der auch als Co-Autor an der aktuellen Studie mitwirkte.

Interessanterweise kam Sawi in ihrer Studie zu dem Schluss, dass es zwei Monate bis zwei Jahre nach einem großen Erdbeben einen 5- bis 12-prozentigen Anstieg von Vulkanausbrüchen gab. Lamb zufolge ist dieser Anstieg sowohl überraschend als auch interessant – aber eben auch eher gering.

Laut Jackie Caplan-Auerbach, eine Professorin für Seismologie und Vulkanologie an der Western Washington University, würde die Studie sogar „verdeutlichen, wie unwahrscheinlich es ist, dass ein Erdbeben einen Vulkanausbruch auslösen könnte“.

Aber was könnte diesen Langzeittrend sonst erklären? In den Monaten nach dem Beben könnte durch neu entstandene Rissen in der Kruste zähflüssiges Magma langsam bis zur Oberfläche steigen. Durch die Erschütterungen könnten im Laufe der Zeit auch zusätzliche Blasen im Magma entstehen, die den Druck erhöhen – ungefähr so, als würde man eine Dose mit einem kohlesäurehaltigen Getränk schütteln.

Womöglich könnte das Gestein, das sich während der Erdbeben bewegt, Magmareservoirs auch wie eine Zahnpastatube ausdrücken, sagt Sawi. So würde das Magma dann langsam durch seine vulkanischen Austrittswege an die Oberfläche gedrückt. Alternativ könnte sich das Gestein rund um ein vulkanisches Magmareservoir auch ausdehnen. Dadurch würden Gase aus der zähflüssigen Masse aufsteigen und den Druck im Reservoir erhöhen.

Liebling, ich habe den Vulkan geschrumpft

Caplan-Auerbach vermutet, dass ein Ausbruch nur durch ein Erdbeben ausgelöst werden kann, wenn der entsprechende Vulkan bereits auf einen Ausbruch vorbereitet und gewissermaßen „startklar“ ist. Aber auch, wenn es „intuitiv erst mal plausibel erscheint, dass heftige Erdbeben vulkanische Aktivität auslösen könnten, ist die empirische Beweislage dafür recht dünn“, sagt Pyle.

Manche Wissenschaftler wie Namiki hoffen daher, Belege für diesen Zusammenhang zu finden. Sie und ihre Kollegen entwerfen im Labor Modelle von vulkanischen Systemen und setzen sie dann Erschütterungen aus, um zu untersuchen, wie so ein physischer Auslöser funktionieren könnte.

Für eine Studie, die 2016 erschien, benutzte ihr Team verschiedene Sirupe mit unterschiedlicher Beschaffenheit, um verschiedene Arten von Magmareservoirs zu simulieren. Die Forscher entdeckten, dass das „Sirupmagma“ auf seiner Eigenfrequenz am stärksten hin und her schwappte. Die Bläschen im Sirup verbanden sich miteinander und der Schaum an der Oberfläche fiel in sich zusammen. Bei einem echten Vulkan könnten dadurch die Gase aus dem Magma entweichen. Das wiederum würde den Druck im Reservoir erhöhen, wodurch der Vulkan schließlich ausbrechen könnte.

Letztes Jahr veröffentlichte das Team eine weitere Studie, diesmal mit einem Gelmodell eines Vulkans, in das Flüssigkeiten gespritzt wurden, um verschiedene Magmasorten zu simulieren. Wenn das Modell Erschütterungen ausgesetzt wurde, bewegten sich die Flüssigkeiten darin schneller als sonst. Wo genau sie jedoch hinflossen, hing von ihrem Auftrieb und der Tiefe des Reservoirs ab. Flüssigkeiten mit weniger Blasen und damit weniger Auftrieb flossen seitwärts oder nach unten ab, was in einem echten Vulkan die Wahrscheinlichkeit eines Ausbruchs verringern würde. Flüssigkeiten mit vielen Bläschen, die sich relativ nah an der Oberfläche befanden, konnten zu einem Ausbruch führen.

Augen auf den Boden

Die Ergebnisse sind nach wie vor alles andere als eindeutig. Namiki findet es daher völlig normal, einen möglichen Zusammenhang zwischen Erdbeben und Vulkanausbrüchen mit Skepsis zu betrachten. Aber laut Eleonora Riviera, der Gruppenleiterin für Erdbeben- und Vulkanphysik am Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam, könnte sich die Stimmung langsam ändern.

„Die Mehrheit der wissenschaftlichen Gemeinde mag zwar immer noch etwas skeptisch sein, aber viele Vulkangeophysiker sind mittlerweile davon überzeugt, dass Vulkane tatsächlich auf unterschiedliche Weise auf Erdbeben reagieren könnten“, sagt sie. Allerdings betont sie, dass der entscheidende Beweis dafür bislang noch fehlt – genauer gesagt: eine eindeutige Demonstration, wie genau ein Ausbruch eines spezifischen Vulkans von einem spezifischen Erdbeben ausgelöst wurde.

Auch jenseits von Statistiken und Laborsimulationen gibt es Möglichkeiten, dem nachzugehen. Wenn bestimmte Vulkanausbrüche tatsächlich von Erdbeben ausgelöst werden, so vermutet Pyle, dann müsste man in ihrem Auswurf Hinweise auf den Zustand des Magmareservoirs vor dem Ausbruch finden können. Das könnte offenbaren, ob das Beben einen signifikanten Einfluss hatte – oder ob der Vulkan ohnehin kurz vor dem Ausbruch stand und das Beben den Countdown nur beschleunigt hat.

Für Sawi jedenfalls steht fest, wie es weitergeht: „Eine intensivere Überwachung der weltweiten Vulkane – insbesondere derer, die im Laufe der Geschichte zu wenig erforscht wurden – würde dabei helfen, die nötigen Daten zu liefern, um Muster und ja, auch Auslöser zu erkennen, die auf eine erhöhte Ausbruchswahrscheinlichkeit hindeuten könnten.“

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.