Geophysikalisches Institut (GPI)

Numerische Modellierung von der Gefahr durch Vulkane

Eine Herausforderung für die Charakterisierung und Bewertung des Vulkanrisikos ist die Vielzahl der Gefahren, die von Vulkanausbrüchen ausgehen. Die Bewertung des Vulkanrisikos erfordert daher die Analyse eines Prozesses mit mehreren Gefahren. Zu den vulkanischen Gefahren zählen Strömungsprozesse wie Lavaströme, Schlammströme, Ascheströme und pyroklastische Ströme, die normalerweise auf Täler in der Umgebung des Vulkans beschränkt sind. Im Gegensatz dazu können Ablagerungen von Fallprozessen wie Vulkanbomben, Lapilli und feiner Asche, die durch die Luft transportiert werden, über den Kraterrand gehoben werden und sich vom Krater in alle Richtungen ansammeln. Diese Ablagerungen können sogar in weit entfernten Gebieten gefunden werden und stellen ein Risiko für Regionen in großer Entfernung vom Vulkan dar. In ähnlicher Weise ist die Gefahr durch vulkanische Entgasung sowohl in kurzer Entfernung als auch auf globaler Ebene relevant. Weitere Gefahren ergeben sich aus Massenbewegungen wie Erdrutschen aufgrund von Flankeninstabilitäten. Diese können ebenso wie submarine Vulkanausbrüche vulkanische Tsunamis erzeugen. Physikalische Modelle können helfen, die Physik des Eruptionsprozesses und des Transport- und Ablagerungsprozesses besser zu verstehen und somit sowohl die individuelle Gefahr eines Vulkans als auch das damit verbundene Risiko zu quantifizieren.

Die kürzlich in der Gruppe Naturgefahren und Risiken bei GPI durchgeführten Untersuchungen befassen sich mit der numerischen Modellierung vulkanischer Gefahren und ihren Auswirkungen auf kritische Infrastrukturen und Bevölkerungen. Für einen erneuten Ausbruch des Vulkans Laacher See mit einer vergleichbaren Eruptionsintensität wie der Ausbruch von 10900 v. Chr. simulierte Leder (2015) verschiedene Fallout-Szenarien unter Verwendung eines heutigen Windfelds, das aus 44 Jahren Funksonden-Beobachtung abgeleitet wurde. Die Fallouts feiner Ascheteilchen breiten sich hauptsächlich nach Westen aus mit einigen Abweichungen nach Norden und Süden. Sie betreffen somit die Städte Köln, Bonn, Koblenz und Frankfurt. Schuh (2016) berechnete, dass - abhängig von der Windgeschwindigkeit - eine Fläche zwischen 770 km² und 850 km² mit mindestens 1 m und eine Fläche zwischen 4800 km² und 5800 km² mit mindestens 0,1 m Asche bedeckt werden würde. Vorbehaltlich der vorherrschenden Windrichtung und damit der Jahreszeit hat Schuh (2016) gezeigt, dass dies einer Abdeckung der deutschen Autobahn auf einer Gesamtlänge von 280 km - 340 km entspricht. Dietzmann (2016) untersuchte den Einfluss von Vulkanasche auf Atemwegserkrankungen und quantifizierte die zusätzliche Anzahl von Ärzten, Krankenhäusern und medizinischen Geräten, die bei einem erneuten Ausbruch des Vulkans Laacher See benötigt werden. Ein Vergleich verschiedener Modellierungswerkzeuge für Ascheablagerungen wurde von Steinau (2017) durchgeführt.