Der Ätna auf Sizilien ist der größte aktive
Vulkan Europas. Seine Ostflanke reicht weit ins Mittelmeer hinein. Dass
diese sich einige Zentimeter pro Jahr bewegt, konnten frühere Studien
zeigen. Jetzt soll die Flanke flächendeckend kartiert und die punktuellen
Messungen ausgeweitet werden, um die Voraussetzungen für die Errichtung
eines Land und See umfassenden Observatoriums zu schaffen. Für diese
Arbeiten ist das Forschungsschiff METEOR nun zu einer zweiwöchigen
Expedition unter der Leitung von Professorin Dr. Morelia Urlaub vom GEOMAR
Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel gestartet.
Der Ätna ist der höchste Vulkan Europas. Mehr als 3000 Meter hoch,
überragt sein Gipfel die Hafenstadt Catania an der Ostküste Siziliens. Ein
großer Teil des Vulkans liegt allerdings unter Wasser – die südöstliche
Flanke erstreckt sich bis weit ins Mittelmeer hinein. Und sie ist ständig
in Bewegung, wie frühere Untersuchungen gezeigt haben. „Das gesamte
Vulkangebäude ist sehr hoch und schwer“, sagt Professorin Dr. Morelia
Urlaub, Marine Geowissenschaftlerin am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für
Ozeanforschung Kiel. „Das hat zur Folge, dass sich der Vulkan quasi
ständig in alle Richtungen ausbreiten möchte. Am ehesten kann er das in
Richtung Meer.“ Langsame Flankenbewegungen stellen an sich keine Gefahr
dar, sie werden an vielen Vulkanen weltweit beobachtet. Jedoch gibt es
auch Beispiele dafür, dass eine langsame Flankenbewegung plötzlich zu
einem schnellen, katastrophalen Kollaps und einem verheerenden Tsunami
führen kann. Festzustellen, wann und unter welchen Voraussetzungen es zu
gefährlichen Rutschungsereignissen kommen kann, ist ein Fokus der
Forschung am GEOMAR.
Um die Struktur der Flanke besser zu verstehen, ist die Wissenschaftlerin
jetzt mit einem deutsch-französisch-italienischen Expert:innen-Team zu
einer Expedition vor der sizilianischen Küste aufgebrochen. Zentrale
Fragestellung: Bewegt sich die Flanke im Ganzen oder in verschiedenen
Blöcken? Flächendeckende Kartierungen des Meeresbodens mithilfe von
autonomen Tauchfahrzeugen (AUVs, autonomous underwater vehicles) und
punktuelle Langzeitmessungen sollen diese Wissenslücke füllen. Gemeinsam
mit den Beobachtungen, die an Land zu den Bewegungen des Vulkans und dem
Abrutschen der Ostflanke gemacht werden, kann so ein küstenübergreifendes
Observatorium entwickelt werden.
Während an Land unter anderem satellitengestützte GPS- und Radarmessungen
beim Monitoring des Vulkans helfen, funktioniert dies unter Wasser nicht.
Doch die noch relativ junge Meeresboden-Geodäsie hat es möglich gemacht,
mithilfe von Schallwellen auch diesen Bereich zu überwachen: 2016 wurde
erstmals ein akustisches Vermessungsnetz aus fünf autonomen Transpondern
am Meeresboden ausgebracht, das seitdem ständig Daten sammelt. „Dadurch,
dass mehrere solcher Geräte miteinander kommunizieren, kann über die
Laufzeit der Schallwellen der Abstand der Geräte zueinander
zentimetergenau bestimmt werden. Verändert sich die Laufzeit, können
daraus die relativen Bewegungen zueinander errechnet werden", erklärt Dr.
Morelia Urlaub. Da die Geräte auf der einen Seite auf dem Teil der
abrutschenden Flanke und auf der anderen Seite auf dem als stabil
geltenden Stück des Hangs angebracht sind, kann so die relative
Rutschungsrate des Hangs bestimmt werden. Alle paar Jahre müssen die
Geräte überprüft und gewartet werden. So wird auch auf der Expedition M198
ein Programmpunkt das Einholen der Geodäsie-Stationen und das erneute
Installieren des Messnetzes für weitere drei Jahre sein.
Gleichzeitig soll dieses Überwachungssystem am Meeresboden erweitert und
ausgebaut werden. Dr. Morelia Urlaub: „Die bestehende Infrastruktur wird
durch zwei Piezometer für Porendruck- und Temperaturmessungen in den
oberen fünf Metern des Sediments ergänzt.“ Dieses Verfahren wurde an
Vulkanflanken bislang noch nicht angewandt, doch die gemessenen Parameter
könnten Informationen über Flankenbewegungen liefern. Dr. Jens Karstens,
der als GEOMAR-Geophysiker ebenfalls mit an Bord ist, erklärt: „Durch die
Bewegung eines Abschnitts der Flanke erwarten wir Änderungen des
Porendrucks und der Temperatur, die wir mit den hochpräzisen geodätischen
Messungen verbinden möchten. Gleichzeitig testen wir, ob es möglich ist im
Vorfeld einer Flankenbewegung Änderungen im Fluidfluss zu messen. Solche
Änderungen des Fluidflusses konnten im Zusammenhang mit Erdbeben bereits
beobachtet werden – ob das bei Flankenbewegungen auch der Fall ist, ist
noch unerforscht.“ Sollte also ein Signal im Porendruck messbar sein, wäre
das ein großer Erkenntnisgewinn.
Karstens will während der Ausfahrt außerdem eine weitere Innovation
testen, die im Technologiezentrum des GEOMAR entwickelt worden ist: MOLAs
(Modular Ocean Lander Architecture) – mobile Lander, nicht größer als eine
Camping-Kühlbox, die je nach Einsatz mit verschiedenen wissenschaftlichen
Messinstrumenten ausgerüstet werden können und eine kostengünstige und
zudem einfach zu handhabende Alternative zu den herkömmlichen
übermannsgroßen Absetzrahmen bieten könnten.
Altbewährte Technik hingegen kommt zum Einsatz, um mehr über die
Geschichte des Vulkans herauszufinden: Mit der Kettensackdredge werden
Gesteinsproben genommen. Dr. Morelia Urlaub: „Der Ätna ist da entstanden
und gewachsen, wo jetzt Wasser ist. Die unterschiedlichen Gesteine können
uns mehr über sein Entstehen und damit auch über den Aufbau und die
Struktur der Flanke verraten.“
Ein großes Interesse an der Forschungsarbeit hat natürlich auch das
italienische vulkanologische Institut (Istituto Nazionale di Geofisica e
Vulcanologia, INGV), mit dem das GEOMAR seit 2015 eng zusammenarbeitet.
GEOMAR-Direktorin Professorin Dr. Katja Matthes, die die Mittelmeer-
Expedition begleitet, hat daher die Gelegenheit genutzt, ihren
italienischen Kollegen, Direktor Dr. Stefano Branca, in Catania zu
treffen. Sie betonte: „Die langjährige Partnerschaft zwischen dem GEOMAR
und dem INGV ist von unschätzbarem Wert. Durch unsere Bemühungen an Land
und unter Wasser tragen wir gemeinsam dazu bei, die Geheimnisse des Ätna
zu entschlüsseln und ein global umfassenderes Verständnis für vulkanische
Aktivitäten zu fördern. Besondere Bedeutung kommt den Erkenntnissen aus
seegehender Forschung, wie sie auf Expeditionen wie dieser gewonnen
werden, zu. Jeder Fortschritt in unserem Wissen ist ein weiterer Schritt
hin zu Tsunami-Frühwarnsystemen, die maßgeblich zur Risikominderung und
zum Schutz der Küstenbewohner beitragen werden.“
Die Forschung zu marinen Naturgefahren ist ein zentraler Fokus am GEOMAR.
In diesem Bereich koordiniert das Institut das wegweisende Verbundprojekt
MULTI-MAREX im Rahmen der dritten Forschungsmission „mareXtreme“ der
Deutschen Allianz Meeresforschung (DAM).
Expedition auf einen Blick:
METEOR Expedition M198
Fahrtleitung: Prof. Dr. Morelia Urlaub
09.02.-22.02.2024
Start: Catania (Italien)
Ende: Catania (Italien)
Projekt-Förderung:
Die Expedition erhält Förderung durch das Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) und die Helmholtz-Gemeinschaft (Helmholtz-
Nachwuchsgruppe „Do volcanoes collapse retrogressively?“; „MOLA - Modular
Ocean Lander Architecture“ im Rahmen der Transferkampagne aus dem Impuls-
und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft).