Ein neuer Ansatz zur Analyse seismischer Daten offenbart tiefe vertikale Zonen geringer seismischer Geschwindigkeit im Untergrund unter dem Cleveland-Vulkan in Alaska, einem der aktivsten der über 70 Vulkane der Aleuten. Die Ergebnisse wurden von Helen Janiszewski im Journal Scientific Reports veröffentlicht. Janiszewski war bis vor kurzem für die Carnegie Institution for Science tätig und ist jetzt an der University of Hawaiʻi in Mānoa. Die Co-Autoren sind Lara Wagner und Diana Roman von der Carnegie Institution.
Vulkane, die wie der Cleveland-Vulkan zu einer Vulkankette gehören, bilden sich über Plattengrenzen, wo eine tektonische Platte unter eine andere gleitet. Durch komplexe Untergrundstrukturen, die die komplette Dicke der Erdkruste durchziehen, sind sie mit dem Erdmantel verbunden. Diese Strukturen sind komplexer als die großen Kammern aus geschmolzenen Gestein, die den Lehrbuchillustrationen eines Vulkans gleichen. Stattdessen bestehen sie aus einem Geflecht aus festem Gestein und einem „matschigen“ Gemisch aus teilweise geschmolzenem Gestein und festen Kristallen.
Die Auflösung dieser unterirdischen Architektur ist entscheidend für die Notfallplanung und die Rettung menschlichen Lebens. Aber diese Regionen sind schwer abzubilden.
Weil es für Menschen unmöglich ist, die Tiefen des Inneren unseres Planeten direkt zu beobachten, brauchen Wissenschaftler Instrumente, die ihnen zu visualisieren helfen, was dort drin geschieht. Üblicherweise wird eine Vielzahl an geophysikalischen und geochemischen Ansätzen verwendet, um die Strukturen zu bestimmen, die unter einem Vulkan existieren.
Beispielsweise können die von Erdbeben verursachten seismischen Wellen wie ein Ultraschall verwendet werden, um das Erdinnere zu kartieren. Aber damit das funktionieren kann, müssen die Wellen die unterirdischen Strukturen erreichen, die die Wissenschaftler untersuchen wollen. Obwohl der Cleveland-Vulkan häufig Gasemissionen, Explosionen und Ascheablagerungen an seiner Oberfläche zeigt, gibt es dort nur wenige Belege für seismische Aktivität tief unter dem Vulkan. Das macht die Abbildung der Architektur der mittleren und unteren Erdkruste unter dem Vulkan sehr anspruchsvoll.
Bis jetzt war die Anzahl der zur Verfolgung seismischer Wellen von weiter entfernten Erdbeben notwendigen Instrumente jedoch untragbar.
In dieser Arbeit demonstrierte Janiszewski eine neue Methode, die seismische Wellen von fernen Erdbeben nutzt, aber den Teil von ihnen isoliert, der aufgrund der Bewegung durch die Grenze zwischen dem Erdmantel und der Erdkruste beeinflusst wird. Das erlaubte ihr die Erstellung von Modellen, die in diesen schwer zugänglichen Tiefen unter dem Cleveland-Vulkan besser zwischen den teilweise geschmolzenen Regionen und dem umgebenden, festen Gestein unterscheiden, ohne eine viel größere Anzahl an seismischen Messstationen an der Oberfläche zu brauchen.
„Wir offenbarten die tiefe, subterrane Struktur des Vulkans in bislang beispiellosen Einzelheiten, indem wir eine Größenordnung weniger Instrumente verwendeten, als für diese detailreichen seismischen Bilder üblich ist“, sagte Janiszewski.
Im Gegensatz zu typischen Abbildungsexperimenten, die Dutzende Seismometer aufstellen, nutzte diese Studie nur acht. Sechs dieser Stationen wurden zwischen August 2015 und Juli 2016 als Teil des von der National Science Foundation finanzierten Islands of the Four Mountains Experiment aufgestellt. Dazu kamen zwei permanente Stationen des Alaska Volcano Observatory.
„Die Technik wird die Abbildung von Strukturen unter Vulkanen ermöglichen, wo es nur wenige Stationen gibt, oder wo in der Nähe nur wenige tiefe Erdbeben auftreten, was andere Methoden schwierig macht“, sagte Janiszewski.
(THK)
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