Überragt vom Vulkan Soufrière, dem höchsten Punkt von Guadeloupe, gehören die Bewohner der westindischen Insel zu den 800 Millionen Menschen auf der Welt, die weniger als 100 Kilometer von einem gefährlichen Vulkan entfernt leben und daher den Launen dieses Vulkans ausgesetzt sind Sie nennen sie „die alte Dame“. Um das mit Vulkanausbrüchen verbundene Risiko bestmöglich zu bewältigen, ist es wichtig, ihr Auftreten vorherzusagen, was aufgrund fehlender Daten über das Innere des Vulkans oft sehr schwierig ist. Elsa Giraudat vom Langevin-Institut in Paris und ihre Kollegen vom Institut für Globusphysik haben einen wichtigen Durchbruch erzielt, indem sie dreidimensionale Bilder der inneren Struktur von Soufrière erstellt haben.
Das Team installierte an den Seiten des Vulkans ein Netzwerk aus 76 Geophonen. Dabei handelt es sich um Geräte, die den seismischen Lärm messen, der insbesondere durch menschliche Aktivitäten oder Wellen im Sand verursacht wird. Wenn seismische Wellen auf reflektierende Strukturen im Vulkan treffen (Brüche, Magmataschen usw.), ändern sie ihre Flugbahn. Grundsätzlich wäre es möglich, durch Messung an der Oberfläche die innere Struktur des Gebäudes zu rekonstruieren. Alexandre Aubry, Forschungsdirektor am CNRS, der an der Studie beteiligt war, erklärt: „Lange Zeit haben wir kein seismisches Rauschen verwendet, obwohl es viele Informationen enthält. Forscher erkannten vor etwa zwanzig Jahren, dass wir, wenn wir die von zwei Geophonen aufgezeichneten seismischen Geräusche korrelieren, auf das zugreifen, was wir die „Impulsantwort“ zwischen diesen Geophonen nennen: Alles geschieht so, als würden wir an einem der Geräte einen Mikroseismus erzeugen und zuhören dazu vom anderen. Indem wir alle möglichen Kombinationen von Paaren berücksichtigen, erhalten wir eine Reflexionsmatrix, aus der wir wie im Ultraschall ein Bild der reflektierenden Strukturen des Vulkans konstruieren. »
Allerdings wird das so gewonnene Bild durch die Heterogenität der Umgebung verwischt, die zu Verzerrungen führt. Um diese Aberrationen zu korrigieren, verwendeten die Forscher eine Computerverarbeitung auf ihre Daten und ließen sich dabei von einer in der Astronomie verwendeten Methode mit Lichtwellen inspirieren. „Wenn wir einen Stern betrachten“, fährt Alexandre Aubry fort, „sehen wir ihn aufgrund der Turbulenzen in der Atmosphäre funkeln, die sein Bild verzerren.“ Astronomen kompensieren diese Aberrationen durch verformbare Spiegel im Teleskop. » Bei dieser „adaptiven Optik“ genannten Technik verwenden Astronomen einen in den Himmel gerichteten Laser, der die in der oberen Atmosphäre vorhandenen Natriumatome anregt und so einen „virtuellen Stern“ erzeugt. Das durch die Turbulenzen dieses künstlichen Sterns verzerrte Bild zeigt, wie der Spiegel konfiguriert werden muss, um ein klares Bild echter Sterne zu erhalten. „Hier greifen wir dieses Prinzip auf“, fährt Alexandre Aubry fort. Aus den Daten der Reflexionsmatrix synthetisieren wir Arten virtueller Sterne in allen Bereichen des Vulkans und „lauschen“ den seismischen Wellen, die von diesen „Sternen“ ausgehen, um ihre Verzerrung zu untersuchen und zu kompensieren. »
Die Analyse seismischer Wellendaten zeigt ein Bild a priori unbrauchbar (links). Doch eine neue Methode korrigiert Signalverzerrungen. Dann können wir deutlich die Leitung erkennen, die die Oberfläche und ein Netzwerk von Magmakammern in einer Tiefe zwischen 5 und 8 Kilometern verbindet.
© Elsa Giraudat
So erhielten die Forscher ein zweites, viel klareres Bild vom Inneren des Vulkans mit einer Genauigkeit von etwa hundert Metern. Sie entdeckten, dass das Magma zwischen 5 Kilometern Tiefe und der Oberfläche von Soufrière das Gestein in einem langen, gewundenen Kanal durchquert, während es zwischen 8 und 5 Kilometern Tiefe in großen horizontalen Linsen verteilt ist, die übereinander liegen und durch kleine vertikale Linsen verbunden sind Leitungen.
Dank dieser neuen Methode hoffen Alexandre Aubry und seine Kollegen, noch weiter zu gehen: „Der nächste Schritt wäre, diese Art von Bild als Funktion der Zeit zu erstellen, um die Dynamik des Magmas eingehend zu untersuchen.“ Darüber hinaus hören wir derzeit zur Vorhersage von Eruptionen Mikroseismen in der Tiefe ab, ohne wirklich zu wissen, woher sie kommen. Unsere Methode würde es daher ermöglichen, diese Erdbeben besser zu lokalisieren, um zu wissen, welche unterirdische Zone des Vulkans sich bewegt. » Diese Daten würden auch dazu beitragen, die Drücke und Temperaturen innerhalb des Vulkans sowie die Konnektivität zwischen magmatischen Systemen und der Oberfläche genau einzuschätzen, das Vorhandensein potenziell ausbrechbaren Magmas früher zu erkennen und seine räumlich-zeitliche Entwicklung zu überwachen … Parameter, die das Auftreten von beeinflussen Vulkanausbrüche.
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