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Wie hat der explosivste Vulkanausbruch des Jahrhunderts einen Tsunami beeinflusst?
Der Ausbruch des Hunga-Vulkans 2022 ließ den Boden seiner untermeerischen Caldera von rund 150 auf etwa 850 Meter Wassertiefe absacken. Neue hochauflösende Karten zeigen, dass dabei 8,9 Kubikkilometer Material verdrängt wurden. Der rasche, kolbenartige Einbruch hat die enorme Stärke des begleitenden Tsunamis nach Einschätzung der Forscher wahrscheinlich zusätzlich verstärkt.
Southampton (England). Der Ausbruch von Hunga Tonga-Hunga Ha’apai am 15. Januar 2022 war außergewöhnlich explosiv und löste einen verheerenden Tsunami aus. Zugleich veränderte er den überwiegend unter Wasser liegenden Vulkan so stark, dass sich seine zentrale Caldera, der kesselförmige Einbruchbereich über dem Magmareservoir, innerhalb kurzer Zeit um mehrere hundert Meter absenkte. Wie dieser Einbruch ablief und welchen Anteil er an der Tsunami-Gefahr hatte, war bisher nur unzureichend geklärt.
Untermeerische Calderas sind besonders schwer zu untersuchen, weil hochauflösende Karten des Meeresbodens vor einer Eruption selten existieren, doch Hunga bildet hier eine seltene Ausnahme. Für den Vulkan liegen Vermessungen aus den Jahren 2015 und 2016 sowie mehrere neue Datensätze aus dem Jahr 2022 vor, die einen direkten Vergleich vor und nach der Eruption erlauben.
Forscher der Auckland University of Technology (AUT) um Dr. Marta Ribó haben diese Zeitreihe mit hochaufgelösten Tiefenkarten des Meeresbodens, Wassersäulenbeobachtungen und seismischen Profilen des Untergrunds ausgewertet. Sie verglichen die älteren Karten mit Messfahrten aus April, Mai, Juli und Oktober 2022 und rekonstruierten daraus die Veränderungen der Caldera sowie die Verteilung neu abgelagerter und abgetragener Materialien.
Vor dem Ausbruch lag der Calderaboden in rund 150 Meter Wassertiefe, danach erreichte die tiefste Stelle etwa 850 Meter, während sich der Durchmesser nur leicht von ungefähr 4,5 auf 4,8 Kilometer vergrößerte. Insgesamt wurden 8,9 ± 0,1 Kubikkilometer Material verlagert, davon 6,85 ± 0,05 Kubikkilometer durch den eigentlichen Caldera-Kollaps.
„Hunga bot uns eine außergewöhnliche Gelegenheit zu sehen, wie dramatisch sich der Meeresboden während eines großen Vulkanausbruchs verändern kann. Detaillierte Karten des Meeresbodens aus der Zeit vor einem gefährlichen Ereignis sind selten. Die einzigartigen Datensätze dieser Studie erlauben uns zu rekonstruieren, was während des explosivsten Vulkanausbruchs dieses Jahrhunderts geschah, und helfen uns besser zu verstehen, wie solche Prozesse verheerende marine Gefahren wie Tsunamis erzeugen. Die meisten Unterwasservulkane sind weiterhin nur sehr schlecht kartiert und überwacht. Wiederholte Beobachtungsreihen dieser Vulkane aufzubauen ist entscheidend, wenn wir die Gefahren für Küstengemeinden und kritische Infrastruktur am Meeresboden besser verstehen wollen“, erklärt Dr. Isobel Yeo vom National Oceanography Centre (NOC).
Die Form des neuen Beckens spricht dafür, dass der zentrale Bereich überwiegend wie ein Kolben absank, statt durch die Explosion selbst ausgehöhlt zu werden. Stufen an den Caldera-Wänden passen zu Verwerfungen, die sich beim Absinken bildeten, während Rutschmassen zwischen frischen pyroklastischen Ablagerungen aus ausgeworfenem Vulkanmaterial dafür sprechen, dass der Kollaps bereits während der Haupteruption stattfand.
Nach der Volumenbilanz dürften rund acht Kubikkilometer Magma, umgerechnet auf dichtes und gasfreies Gestein, aus dem System ausgetreten sein und damit den Kollaps ausgelöst haben. Das entspricht weniger als 30 Prozent des geschätzten Magmareservoirs. Schon diese teilweise Entleerung konnte demnach genügend Unterdruck erzeugen, damit der darüberliegende Vulkanbau instabil wurde und abrupt absank.
„Entlang des Tonga-Kermadec-Bogens gibt es mindestens 74 Unterwasservulkane, darunter 20 Caldera-Komplexe. Trotz der von ihnen ausgehenden Gefahren sind sie nur unzureichend verstanden, weil sie weitgehend unerforscht bleiben“, sagt Dr. Marta Ribó.
Für die Tsunami-Gefahr ist nicht nur das verdrängte