Erdbeben und Vulkane: Island am Rande des Zusammenbruchs

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Eine heftige Erdbebenserie erschütterte am Freitag, dem 10. November, die Halbinsel Reykjanes im Südwesten Islands. Hunderte Erdbeben wurden von regionalen Seismometernetzwerken registriert und einige waren stark genug, um im 50 Kilometer entfernten Reykjavik zu spüren.

Eine Katastrophenschutzwarnung warnt vor der Gefahr eines Vulkanausbruchs – es wäre der vierte seit 2021.

Warum tritt dieses Phänomen erneut auf? Was könnte passieren?

Island überquert einen einstürzenden Graben

Island liegt auf dem Mittelatlantischen Rücken, wo sich die nordamerikanische und die eurasische Platte pro Jahr um etwa 2 Zentimeter voneinander entfernen. Im Erdmantel, wo sich Gesteine ​​wie sehr starre Karamellen verhalten, können sich die Platten kontinuierlich verformen.

Doch nahe der Oberfläche sind die Gesteine ​​der Erdkruste kalt und spröde: Sie dehnen sich nur aus, wenn sie brechen. Als würde man an den Enden einer Tafel Schokolade ziehen, deren Inneres weich, die Schale aber hart ist: Die Spannung, die sich beim Auseinanderbewegen der Platten aufbaut, wird stoßweise nachgelassen, wenn die Beschichtung aufbricht.

Die Reykjanes-Halbinsel bildet die Südwestspitze Islands, wo der Mittelatlantische Grabenbruch aus dem Meer austritt. Dort reagiert die Erdkruste auf unaufhaltsame tektonische Kräfte und bricht alle paar hundert Jahre auseinander, wodurch eine Kollapslücke (oder ein Spalt) entsteht.

Die letzte Folge von Krustenbrüchen und Eruptionen ereignete sich vor mehr als 800 Jahren. Seitdem dürften sich die Platten um rund 16 Meter auseinanderbewegt haben.

Wir befinden uns derzeit in einer neuen Phase des Bruchs, die von Hunderten oder Tausenden von Erdbeben geprägt ist, von denen viele so groß sind, dass sie im Südwesten Islands zu spüren sind. Alle werden durch die Ankunft von Magma nahe der Oberfläche verursacht.

Jedes Erdbeben und jede Eruption setzt einen Teil der in diesen tektonischen Platten gespeicherten Energie frei, und wenn diese Spannung schließlich vollständig gelöst ist, werden die Eruptionen aufhören. In den letzten fünfzig Jahren haben wir weltweit mehrere ähnliche Brüche und Eruptionen erlebt.

Von 1975 bis 1984 wurde Nordisland von achtzehn Erdbebenserien und neun Lavaausbrüchen heimgesucht – eine Episode, die als „Krafla-Brände“ bekannt ist. Zwischen 2005 und 2010 ereigneten sich vierzehn Erdbebenserien und drei Eruptionen entlang eines 80 Kilometer langen Abschnitts eines Grabenbruchs in Afar im Norden Äthiopiens.

Risse in der Kruste werden – wie an anderen ozeanischen Rücken auch – durch die Anwesenheit von Magma „geschmiert“. In der Tiefe bildet sich kontinuierlich Magma, und seine Dichte bedeutet, dass es wieder aufsteigt.

Innerhalb der starren und spröden Kruste kann sich Magma nur ausbreiten, indem es Brüchen folgt – und zwar wenn es welche gibt. Sobald er jedoch zu steigen beginnt, dringt er in immer flachere Bereiche vor und erhöht so das Risiko einer Eruption.

Der Blick von oben

Wissenschaftler des Isländischen Meteorologischen Amtes können mithilfe von Seismometernetzwerken erkennen, was in der Tiefe geschieht, und die geringsten Erschütterungen lokalisieren. Diese Instrumente machen das Team auf neue Gesteinsbrüche in der Erdkruste und deren Position aufmerksam.

Sensoren, die mit Konstellationen von Navigationssatelliten kommunizieren, können lokale Messungen winziger Bewegungen der Erdoberfläche liefern. Mithilfe von Radarsatellitenbildern ist es möglich, die Form dieser sich entwickelnden Oberfläche in 3D zu kartieren und zu messen.

Die Erdbebenserie, die Ende Oktober begann, ist die jüngste in einer Reihe von Ereignissen, die Anfang 2020 begann und bisher in den drei Ausbrüchen des Fagradalsfjall-Vulkansystems im Südwesten Islands in den Jahren 2021, 2022 und Sommer 2023 gipfelte.

Als die Erdbeben dieses Mal begannen, konzentrierten sie sich um ein anderes Vulkansystem – Thorbjörn, 10 Kilometer westlich von Fagradalsfjall. Zunächst gab es keine sichtbare Verformung der Erdoberfläche und es war unklar, ob es sich „nur“ um eine Neuanpassung der Erdkruste an die vorherige Bruchepisode handelte.

Dann zeigten die Signale, dass sich die Erdoberfläche auszubeulen begann, was darauf hindeutete, dass neues Magma in die Kruste eindrang. Am Wochenende des 11. und 12. November entwickelte sich die Situation rasant. Größe, Anzahl und Ort der Erdbeben deuteten alle darauf hin, dass sich in einer Tiefe von etwa fünf Kilometern ein Bruch in der Erdkruste mit Magma füllte.

Das Magma floss weiter hinein, und die Enden des Bruchs öffneten sich und öffneten einen Weg durch die Kruste, bis der „Deich“ – dieser Gesteinsgang, der in einen Spalt sickerte – eine Länge von etwa 15 Kilometern erreichte. Das Magma hat die Oberfläche noch nicht erreicht, aber Bodenbewegungen und Computermodelle deuten darauf hin, dass sich innerhalb eines Kilometers unter der Oberfläche ein Magmabecken angesammelt hat.

Steht ein Ausbruch bevor?

Zum jetzigen Zeitpunkt scheint es sehr wahrscheinlich, dass dieses Magma die Oberfläche erreichen und einen Ausbruch auslösen wird. Wann und wo dies geschehen wird, wissen Überwachungsteams jedoch erst, wenn sie konkrete Signale von sich bewegendem Magma erkennen. Zu diesen Anzeichen können das wiederholte „Summen“ vulkanischer Erschütterungen gehören, das darauf hinweist, dass Magma innerhalb weniger Stunden ausbrechen könnte, oder sich in sehr geringen Tiefen vermehrende Erdbeben.

Derzeit scheint sich der Deich direkt unter der Stadt Grindavik zu erstrecken, einem Fischerdorf im Südwesten Islands. Wenn es an der Oberfläche zu einem Ausbruch kommt, wird dieser wahrscheinlich den Ausbrüchen am Fagradalsfjall in den Jahren 2021–2023 ähneln: eine Spalte öffnet sich in der Erdoberfläche, Fontänen aus heißem, rotem, geschmolzenem Gestein und Lava, die vom Ort des Ausbruchs weg den Hügel hinabfließt.

Die Bedrohung wird daher davon abhängen, wo der Ausbruch beginnt und wie weit die Lava wandert. Die durch ausbrechendes Magma freigesetzten Dämpfe könnten in Verbindung mit der Verbrennung von Torf und Vegetation je nach Geschwindigkeit der Eruptionen und Windrichtung auch giftige Luft erzeugen.

Sollte es in der Stadt Grindavik zu einem Ausbruch kommen, könnten die Auswirkungen denen des Eldfell-Ausbruchs von 1973 ähneln, der einen Teil der Stadt Heimaey begrub. Daher die vorbeugende Evakuierung der Stadt, des nahegelegenen Geothermiekraftwerks Svartsengi und der Blauen Lagune, einer der bekanntesten Touristenattraktionen Islands.

Wenn es am südlichen Ende des Deichs, der sich vor der Küste erstreckt, zu einer Eruption kommt, findet die Eruption unter Wasser statt: Die Begegnung zwischen heißer Lava und Meerwasser könnte zu kleinen Explosionen und lokalen Aschewolken führen, und das kochende Meer könnte giftige Gase freisetzen.

Obwohl die Auswirkungen eines solchen Ausbruchs wahrscheinlich nicht so weitreichend sein dürften wie die des Eyjafjallajökull-Ausbruchs im Jahr 2010, der den Luftraum über einem großen Gebiet Nordeuropas für mehrere Wochen schloss, würde selbst ein kleiner Unterwasserausbruch die Herausforderungen für die Behörden erhöhen muss zurechtkommen… auch in einem Land, das so gut vorbereitet ist wie Island.

David Pyle und Tamsin Mather sind Professoren für Geowissenschaften an der Universität Oxford.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.