Naturgefahren wie Überflutungen, Stürme, Erdbeben und Vulkanismus bedrohen eine wachsende Anzahl von Menschen. Deshalb initiierte die UNESCO mit dem "International Decade for Natural Desaster Reduction Program" (IDNDR) die Untersuchung dieser Phänomene. Die wissenschaftliche Untersuchung des Aufbaus von Vulkanen und die Verbesserung der Vorhersage von Vulkanausbrüchen sind die Aufgaben im Rahmen des "Decade Volcano" Projektes. Der 3000 m hohe Stratovulkan Merapi (Java, Indonesien) ist einer von 15 ausgewählten "Dekadenvulkanen". Eine Arbeitsgruppe des Instituts nimmt dort mit der long-offset transient electromagnetic (LOTEM) Methode an einem interdisziplinären Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) teil.
Mit über 65 dokumentierten Ausbrüchen gilt der Merapi als einer der gefährlichsten und aktivsten Vulkane der Erde. Die jüngste Ausbruchsserie begann am 11. Juli 1998 nach einer Ruhephase von 1.5 Jahren. Der Gipfel des Merapi besteht aus einem Krater, der oft von einer Staukuppe aus zähflüssiger Lava (Lavadom, Abb. Dom1/Dom2) aufgefüllt wird. Durch den Kollaps dieser Staukuppe entstehen gefährliche Glutwolken, die mit hohen Geschwindigkeiten und Temperaturen von 300-400°C zu Tal abgehen. Zuletzt fanden Ende 1994 in einer solchen Glutwolke über 60 Menschen den Tod. Wegen der fruchtbaren Böden in seiner Umgebung ist der Merapi bis in große Höhen besiedelt. Nach Schätzungen des Merapi Observatoriums leben ca. 70000 Menschen in der "verbotenen" Zone an den Hängen des Vulkans (Abb. 1). Für weiter entfernt lebende Menschen geht die größte Gefahr von den Flußtälern aus, in denen die Glutwolken und Lahars (Schlammlawinen) kanalisiert werden. Etwa 2 Millionen Menschen leben in der engeren Umgebung des Merapi.
10000 Menschen mußten während der Ausbrüche im Juli 1998 wegen der Glutwolken und des Ascheregens evakuiert werden, glücklicherweise ist niemand zu Schaden gekommen. Die Aschelast auf den Pflanzen hat allerdings in großen Gebieten an den Westhängen die Ernte vernichtet und durch den Regen ausgewaschene giftige Aschepartikel haben das Grundwasser verseucht. Insgesamt gingen über 100 Glutwolken, die Entfernungen von bis zu 7 km vom Gipfel erreichten, während der Aktivitätsphase zu Tal. Die Aktivität steigerte sich seit Ende Juni. Beim größten Ausbruch seit 20 Jahren, am 19. Juli 1998 (Abb. 2), erreichte die Aschewolke eine Höhe von fast 10 km. Unsere Crew mußte fluchtartig die Messungen abbrechen, das gefährdete Gebiet verlassen und Teile der Ausrüstung zurücklassen. Der auf den Ausbruch folgende Ascheregen (Abb. 3) war in bis zu 40 km Entfernung zu bemerken.
Abb 3: Ascheregen im Ort Muntilan, ca. 20km Luftlinie
vom Gipfel (19.07.98, ca. 16:00 Uhr). Der Himmel ist bereits dunkel und
die graue Asche auf der Straße und in der Luft macht ein Vorankommen
schwierig.
Zur Überwachung von Vulkanen und der Vorhersage von Vulkanausbrüchen werden die Informationen einer Vielzahl von Methoden gesammelt und gemeinsam ausgewertet. Die Daten einer einzelnen Methode allein reichen für gute Prognosen nicht aus. Benötigt werden sowohl Daten über die Aktivität, als auch Informationen über den Aufbau und die Struktur des Vulkans. Seismologie, Temperaturmessungen, Verformungsmessungen und Gasanalysen sind die klassischen Methoden der Vulkanforschung. Durch die großen Fortschritte bei den Auswerteverfahren und den Meßgeräten werden in den letzten Jahren zunehmend auch weitere geophysikalische Verfahren eingesetzt.
Außer Forschern aus Indonesien, Frankreich und den USA sind 13 DFG Projekte im Gemeinschaftsvorhaben MERAPI (Mechanism Evaluation, Risk Assessment, Prediction Improvement) zusammengefaßt. Die Projekte lassen sich in drei Bereiche aufteilen: Die kontinuierlichen Messungen (Seismologie, Gasanalysen und Deformationsmessungen) sollen ständig Daten über die Aktivität liefern. Die geologischen Arbeiten beschäftigen sich mit der Magmenentwicklung und der Eruptionsgeschichte. Bei den Arbeiten der Gravimetrie, Gleichstromgeoelektrik, Magnetotellurik, Seismik und LOTEM soll die Struktur untersucht werden; diskontinuierliche Messungen dieser Methoden sollen Aufschluß über zeitliche Veränderungen im Vulkaninneren liefern. Ziel ist es, ein integriertes, möglichst breites Wissen für eine verbesserte Vorhersage des Merapi zu bekommen.
Ziel unseres Vorhabens ist die Verbesserung der Überwachung vulkanischer Aktivität durch den Einsatz der long-offset transient electromagnetic (LOTEM) Methode auszuweiten. Bei der LOTEM Methode wird an einer Stelle ein elektrisches Signal in den Boden eingespeist, in 2- 15 km Entfernung werden elektrische und magnetische Felder gemessen (Abb. 4). Aus den gewonnenen Daten wird dann ein Abbild der Widerstandsverteilung im Erdinneren erstellt. Bei der Interpretation der Ergebnisse macht man sich zunutze, daß flüssiges Gestein einen niedrigen, festes Gestein dagegen einen hohen Widerstand hat. Aus den elektrischen Eigenschaften läßt sich dann, ergänzt durch die Ergebnisse der anderen geophysikalischen Meßverfahren, die Tiefe und Ausdehnung der Magmakammer ableiten. Wiederholungsmessungen zur Überwachung des Merapi erlauben es dann, zeitliche Veränderungen der Widerstände zu beobachten und Aufschlüsse über Veränderungen im Vulkaninneren daraus abzuleiten.
Die LOTEM Messungen am Merapi fanden während einer achtwöchigen Meßkampagne im Sommer 1998 statt. Das Meßteam bestand aus dreizehn deutschen und indonesischen Wissenschaftlern und Studenten. LOTEM Signale wurden an vier Sendern auf der West-, Nord- und Südseite des Merapi in den Untergrund eingespeist. Die entsprechenden Daten wurden auf zwei Profilen mit einer Gesamtlänge von 25 km aufgezeichnet (Abb. 5). Um möglichst genaue Positionen zu erhalten wurde jede Sender- und Empfängerposition mit Satellitenpeilung (GPS) eingemessen.
Abb 6: Darstellung der Widerstandsverteilung und der Topographie auf dem Nord-Süd-Profil. Rot: niedrige Widerstände; Blau: hohe Widerstände. Man erkennt die hohen Oberflächenwiderstände, v.a. unter dem Gipfel.
Erste Ergebnisse der Auswertung der Daten liegen bereits vor, detaillierte Informationen folgen im Laufe des Jahres. Die bisherigen Analysen der Daten deuten auf eine sehr leitfähige Struktur unter der Oberfläche hin (Abb. 6). Eine Interpretation dieser Ergebnisse ohne die Betrachtung anderer Daten ist spekulativ, trotzdem interessant: Unter dem Gipfel fällt die leitfähige Schicht mit einer aseismischen Zone zusammen. Eine Gebiet verhält sich aseismisch, wenn Erdbebenwellen stark gedämpft werden, z.B. in aufgeschmolzenem Gestein. Andere Forscher vermuten deshalb in dieser Zone am Merapi ein Magmareservoir. Ob unsere Daten diese Vermutung wirklich stützen, kann allerdings erst nach weiterer Analyse der Daten auf dem Profil festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Messungen werden dann zur Bestimmung der optimalen Position der Überwachungsmessungen im Sommer 1999 benutzt.
 |
 |
Ansicht des Merapi von Westen nach dem initialen Ausbruch am 11. Juli 1998:
 |
Ansicht des Merapi von Westen vor (links) und nach (rechts) der Aktivität im Sommer 1998:
 |
 |
