Ein Forschungsteam vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) und dem Pariser Institut für Planetologie (IPGP) hat eine neue Methode entwickelt, die sich an der medizinischen Bildgebung und optischen Mikroskopen orientiert. Diese Technik bringt frischen Wind in das bereits bekannte Verfahren der sogenannten Matrix-Bildgebung, das die Untersuchung von Vulkanen deutlich verbessert.
Das Hauptproblem bei der Untersuchung von Vulkanen wie La Soufrière in Guadeloupe, dem Testobjekt dieser Studie, besteht darin, dass oft nur wenige Sensoren, sogenannte Geophone, zur Verfügung stehen, um seismische Wellen aufzuzeichnen, die durch die Erde verlaufen. Gerade bei Vulkanen ist jedoch eine genaue Überwachung des Magmadrucks und der damit verbundenen Ausdehnung entscheidend, um Eruptionen besser vorhersagen zu können.
In ihrer veröffentlichten Arbeit betonen die Wissenschaftler: „Das Verständnis der tiefen Magmaspeicherung ist entscheidend für die Beurteilung von Gefahren, doch die Bildgebung dieser Systeme ist äußerst herausfordernd.“ Die Forscher wählten den Vulkan La Soufrière in der Karibik als Testobjekt, da das Netz von Geophonen hier als „lückenhaft“ beschrieben wird.
Die mathematischen und physikalischen Grundlagen hinter diesem neuen Ansatz sind komplex, aber im Wesentlichen entwickelten die Forscher eine Methode, um die Daten mehrerer Geophone so zu kombinieren, dass Details erfasst werden können, die von einzelnen Geophonen allein nicht erkannt würden. Ein wesentlicher Teil des Erfolgs der Technik liegt in der Reduktion von Verzerrungen, die auftreten, wenn sich seismische Wellen unter der Erde an verschiedenen Elementen brechen. Hierbei kommt der sogenannte „Gedächtniseffekt“ zum Einsatz, der es ermöglicht, die Verzerrungen rückwärts zu berechnen und das ursprüngliche Signal wiederherzustellen.
„Durch die Nutzung wellenresistenter Korrelationen gelingt es der Matrix-Bildgebung, Wellenverzerrungen erfolgreich zu entzerren und die innere Struktur von La Soufrière bis zu einer Tiefe von 10 Kilometern mit einer Auflösung von 100 Metern sichtbar zu machen“, erklären die Forscher.
Eine der wichtigsten Entdeckungen dieser Studie ist die Existenz mehrerer komplexer Magmaspeicherschichten im Untergrund und wie diese Schichten mit tieferliegenden geologischen Strukturen verbunden sind. Diese zusätzlichen Informationen ermöglichen ein besseres Verständnis der inneren Vorgänge in einem Vulkan, was wiederum genauere Vorhersagen über mögliche Eruptionen erlaubt. Dies könnte in einigen Teilen der Welt viele Menschenleben retten.
Besonders vielversprechend ist, dass keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden, da die Matrix-Bildgebung mit den bereits vorhandenen Daten arbeiten kann. Die Forscher sind zuversichtlich, dass diese Methode auch an anderen Standorten angewendet werden kann.
