Tsunamis nach Vulkanausbrüchen: Forschende wollen Frühwarnung verbessern

Mit neuen wissenschaftlichen Ansätzen, Satellitendaten und Computermodellen wollen Forschende in einem deutsch-indonesischen Projekt die Überwachung von Risikovulkanen verbessern. Im Fokus stehen insbesondere Hangrutschungen

Eruption des Anak Krakatau: Der Vulkan zählt zu den vulkanischen Hotspots der Erde
Eruption des Anak Krakatau: Nach dem Abrutschen einer Vulkanflanke im Dezember 2018 kam es zu einem folgenschweren Tsunami © Adobe Stock / Byelikova Oksana

„Alle glaubten, die letzten Tage der Erde seien gekommen“, notierte der Erste Offizier des US-Segelschiffs W.H. Besse am 27. August 1883 in sein Tagebuch. An Deck verfolgte die Besatzung eine gewaltige Eruption, die sich in 100 Kilometern Entfernung abspielte. Der Vulkanausbruch auf der Insel Krakatau war ein Jahrhundertereignis, der Donnerhall auf einem Drittel der Erde zu hören.

18 bis 20 Millionen Kubikmeter Gestein und Asche wurden weit in die Atmosphäre geschleudert. Die Insel brach durch die Explosion komplett auseinander. Druckwellen rasten mehrmals um den Globus; heißer Ascheregen ging in der gesamten Region nieder. Die schlimmste Folge war jedoch ein Tsunami, der viele Siedlungen an den Küsten Sumatras und Javas zerstörte.

Doch der Untergrund unter der Insel kam nicht zur Ruhe: Gut 40 Jahre nach dieser Katastrophe tauchte an gleicher Stelle ein weiterer Vulkan aus dem Meer auf - Anak Krakatau, Kind des Krakatau, wurde der neue Schlot genannt. Alle zwei bis drei Jahre brach dieser Vulkan aus und wuchs schnell in die Höhe. Dennoch kam es trotz permanenter Überwachung erneut zur Katastrophe. 

Bei einer vergleichsweise kleinen Eruption im Dezember 2018 kollabierten die instabilen Südflanken des Anak Krakatau und rutschten ins Meer. Wieder kam es zu einem Tsunami, der die Küsten von Sumatra und Java traf und Hunderte Todesopfer forderte. Eine Evakuierung gab es nicht: Das in der Region installierte hochmoderne Tsunami-Frühwarnsystem schlug keinen Alarm.

Gefahren durch Vulkane

Mehr als 50 Vulkane brechen jährlich im Durchschnitt aus. Das hat Folgen für zahlreiche Städte und Siedlungen – rund 500 Millionen Menschen wohnen weltweit in der Nähe aktiver Vulkane. Die Schäden, die durch Vulkanausbrüche zwischen 1980 und 2019 verursacht wurden, beziffert der Rückversicherer Munich Re auf 12 Milliarden US-Dollar.      

Was sind die Gründe? „Das Frühwarnsystem ist noch nicht perfekt, es kann nicht sämtliche Tsunami-Faktoren identifizieren“, sagt der Vulkanologe Prof. Dr. Thomas Walter. Vor allem Hangrutschungen an Vulkanen vollziehen sich sehr langsam, oft nur wenige Millimeter pro Monat, bis irgendwann ein Punkt erreicht wird, an dem eine Vulkanflanke endgültig nachgibt und ins Meer stürzt.

Der Forscher am Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) hat den Kollaps des Anak Krakatau untersucht und zahlreiche Daten von Erdbeobachtungssatelliten, Drohnen und Messwarten ausgewertet. Sein Fazit: Eine erhöhte Aktivität des Vulkans zeichnete sich schon länger ab, unter anderem aufgrund der erhöhten Wärmestrahlung. Doch die Instabilität der Flanke war der indonesischen Geologiebehörde nicht bekannt.   

Walter will jetzt mit einem internationalen Team das Monitoring von sogenannten Risikovulkanen verbessern und Lösungen für eine verlässliche Früherkennung von Hangrutschungen entwickeln. Dazu startete im März 2021 das deutsch-indonesische Vorhaben Tsunami_Risk, welches vom BMBF im Rahmen des Forschungsprogramms CLIENT II gefördert wird. Am Projekt sind neben dem GFZ das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt, die Katastrophenforschungsstelle der Freien Universität Berlin, die Technischen Universitäten in Braunschweig und Berlin, die Bundesanstalt Technisches Hilfswerk sowie die Firma Gempa beteiligt.

Evakuierungsroute im Falle eines Tsunamis
Ein Schild zeigt auf Bali die Evakuierungsroute im Falle eines Tsunamis © Adobe Stock / minjan

Ziel der Projektpartner ist es zunächst, jene Vulkane und Hänge in Indonesien zu identifizieren, von denen irgendwann Tsunamis ausgelöst werden könnten.  Allein diese Aufgabe ist riesig: Knapp 130 aktive Vulkane existieren im Inselstaat Indonesien, der einen unruhigen geologischen Untergrund aufweist. Dort erstreckt sich eine der weltweit längsten Subduktionszonen, der Sundagraben, an dem drei tektonisch aktive Erdplatten aufeinanderstoßen und immer wieder Beben auslösen. Viel Zeit für Warnungen bleibt oft nicht.

Tsunami_Risk knüpft in vielen Punkten an das deutsch-indonesische Großprojekt GITEWS an, welches das Tsunami-Frühwarnsystem hervorgebracht hat und ebenfalls vom BMBF gefördert wurde. Es ist seit 2008 in Betrieb. An der Entwicklung war auch Walter involviert. „Das System hat schon viele Menschenleben gerettet“, betont er. Jetzt gehe es darum, die Warnsensibilität zu verbessern.

Es gibt auch leise Tsunamis, die von keinem Wumms, keiner Explosion, keinem starkem Erdbeben ausgelöst werden, sondern von einer Rutschung, für die es kaum Anzeichen gibt

Thomas Walter, Deutsches GeoForschungsZentrum

„Es gibt auch leise Tsunamis, die von keinem Wumms, keiner Explosion, keinem starkem Erdbeben ausgelöst werden, sondern von einer Rutschung, für die es kaum Anzeichen gibt“, erklärt Walter. Die hierbei entstehenden niederfrequenten Signale seien schwer zu verorten und würden von anderen Frequenzen überlagert. „Das hört sich wie eine Kratzbewegung an, aber mit äußerst geringer Amplitude.“

Das Forscherteam will vor Ort bestehende seismische Netzwerke nutzen. Dort jedoch, wo es Anzeichen für Gefahren gibt, soll die Überwachung modifiziert werden. Ebenso wird die Satellitenfernerkundung in das Monitoring eingebunden. „Am Ende wollen wir die Dynamik von Vulkanflanken besser verstehen, Lösungskonzepte für eine verbesserte Frühwarnung vorlegen und Entscheidungsträger informieren“, sagt Walter, der sich seit 20 Jahren mit dem Thema befasst.

Die Forschenden kümmern sich daher nicht nur um die Identifizierung und Modellierung der Gefahren, die von Hangrutschungen und daraus resultierenden Tsunamis ausgeht, sondern auch um die Kommunikation dieser Gefahren in die gefährdeten Küstenregionen. Ziel ist, die Risikokette und die notwendigen Reaktionen wie beispielsweise Evakuierungspläne in Richtlinien zum Disaster Management und Disaster Risk Reduktion auf nationaler und lokaler Ebene einzubinden sowie die entsprechende Ausbildung und Unterstützung vor Ort umzusetzen. Eine wichtige Rolle hat die Firma Gempa, die aus dem GITEWS-Projekt ausgründet wurde und am Aufbau und Installation des operativen Frühwarnsystems beteiligt war. Gempa wird Module für das Monitoring der Hangrutschungen und die Frühwarnung in das existierende System integrieren.

Gefährliche Hangrutschungen ereignen sich nicht nur in Tausenden Kilometern Entfernung. Auch die Südostflanke des Ätnas auf Sizilien rutscht langsam Richtung Mittelmeer. Ein weiteres Beispiel ist der Vesuv. Zu anderen dokumentierten Erdrutschen kam es 1956 am Bezymianny in Kamchatka, 1980 beim Ausbruch des Mount St. Helens in den USA, oder 1888 auf Ritter Island in Papua-Neuguinea.  Durch das Abbrechen von Flanken wurden jeweils gewaltige Eruptionen ausgelöst.

Wenn die entsprechenden Daten vorliegen, wäre es für die an Tsunami_Risk beteiligten Modellierer möglich zu berechnen, wie viel Gesteinsmasse an bestimmten Vulkanen ins Meer rutschen könnte. Zudem sollen Tsunamis besser simuliert werden. „Wir verfolgen völlig neue Ansätze, die jedoch hoffentlich dazu führen, dass wir Hangrutschungen besser voraussagen können“, sagt Walter.

Das Interesse an dem Projekt ist vor Ort groß - vor allem in der Politik. Darüber hinaus kann das mittlerweile große Netzwerk mit Forschungseinrichtungen in Indonesien genutzt werden. Das Fernziel: Als Modul sollen die Hangrutschung-Simulationen in bestehende Tsunami-Frühwarnsysteme weltweit integriert werden. Es wäre eine Lebensversicherung für viele Küstenbewohner.