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Neue Ergebnisse über die Vatnajökull-Eruption aus ERS-1/2 Radardaten.


Der Loki-Rücken, dessen Eruption am 29. September begann, war bis zum 13. Oktober aktiv. Ab dem 12.Oktober waren keine oberflächlichen Eruptionen mehr zu verzeichnen, allerdings war bis zum 13. Oktober noch seismische Aktivität meßbar.
Diese Eruption war vermutlich die viertgrößte in diesem Jahrhundert in Island; nur die Ausbrüche der Katla 1918 (s. Teil 1), der Hekla 1947 und Surtsey 1963 waren größer. Insgesamt wurden ca. 0,4 km3 Magma unter dem Gletscher gefördet, was ca. 0,7 km3 Hyaloklastiten (aufgeschäumten vulkanischen Gläsern) entspricht (Quelle: Science Inst. Univ. of Iceland).

Seit der Radaraufnahme des ERS-2 am 8. Oktober (s. Teil 1) waren auf Grund der Umlaufbahn des Satelliten 12 Tage lang keine Aufnahmen mehr verfügbar. Im Zeitraum zwischen dem 20. und 26. Oktober überflogen ERS-1 und ERS-2 das Eruptionsgebiet mehrmals im Abstand von jeweils einem Tag.

 

Terraingeocodierte ERS-2 Szene (descending) vom 21. Oktober 1996,

NOAA Bild von Island Diese Szene (Ausschnittgröße 30 km x 38 km) wurde auf einem descending (absteigenden) Orbit aufgenommen, d.h. das Gebiet wurde aus Nord-Osten beleuchtet. Dem Sensor zugewandte Hänge erscheinen hell, abgewandte dunkel. Besonders gut sichtbar ist dieser Effekt im Bereich der Einsenkung, die westlich gelegene Seite (dem Sensor zugewandt) zeigt sehr hohe Reflektion und ist als breiter weißer Streifen erkennbar.

Während der Spätphase der Eruption und nach ihrem Ende hat sich das horizontale Ausmaß der Einsenkung im Gletschereis stark vergrößert. Ein Grund hierfür dürfte zum einen sein, daß die Spalte an ihrer Basis wesentlich breiter war als an der Eisoberfläche, und daß nun das benachbarte Eis in diesen Raum hineinbricht. Zum anderen werden die 400-600 m hohen die Spalte begrenzenden Eiswände durch die dahinterliegenden Eismassen von beiden Seiten in die Spalte hineingedrückt und werden diese vermutlich in relativ kurzer Zeit schließen.
Am Nordende des Eruptionsgebietes hat sich der eingesunkene und von Spalten durchzogene Bereich, der am 8. Oktober eine Breite von 2,1 km besaß, bis zum 21. Oktober auf 5 km erweitert. Die Breite und Länge der nun von Wasser erfüllten Spalte hat sich nur wenig verändert: Die durchschnittliche Breite beträgt 400 m und die Länge 3,6 km. Die Gesamtlänge des von der Eruption betroffenen Bereiches beträgt 10,5 km.

 

Eruptionsspalte mit dem neuen Krater vom 12. Oktober 1996

NOAA Bild von Island Am 12. Oktober konnte der Gletscher nach einer Periode schlechten Wetters erstmals wieder überflogen werden. Man konnte erkennen, daß innerhalb der Spalte als höchster Punkt des 7-8 km langen aktiven Rückens ein kleiner Vulkankrater entstanden war, der aus dem Schmelzwassersee innerhalb der Spalte heraurragt Nach neuesten Angaben errreicht er eine Höhe von 1660 m und ist damit 500-550 m höher als der frühere höchste Punkt des subglazialen Loki-Rückens (Photo: Science Institute, University of Iceland).

 

Terraingeocodierte ERS-2 Szene (descending) vom 21. Oktober 1996, Ausschnitt Loki-Crater

NOAA Bild von Island Etwa in der Mitte der offenen Spalte findet sich der oben erwähnte, ca. 300 m lange SW-NO gerichtete Rücken,. Am Norwestende dieses Rückens ist der wassergefüllte Krater erkennbar, dessen Durchmesser aus der Radarszene mit 140 m ausgemessen werden konnte. In diesem Bereich erweitert sich die Spalte auf ihre maximale Breite von 700 m.

 

Gefahr durch drohenden Gletscherlauf (Jökulhlaup)

Auch nach Ende der Eruption ergossen sich gewaltige Wassermassen in den subglazialen See der Grímsvötn Caldera. Dessen Wasserspiegel hatte sich durch einen Jökulhlaup im April 1996, bei dem 1,5 km3 Wasser abflossen, auf ein Niveau von ca. 1330 m gesenkt.
Am 10. Oktober konnte erstmals der Wasserstand in der Caldera mit 1485 +/- 10 m gemessen werden. Isländischen Wissenschaftlern gelang es am 12. Oktober, ein GPS-Gerät auf dem Eisdeckel des Calderasees abzusetzen, das eine kontinuierliche und genaue Messung ermöglicht. Am 13. Oktober wurde ein Seespiegelniveau von 1500 m gemessen, am 16. Oktober von 1504 m, am 17. Oktober von 1505 m und am 27. Oktober erreichte der Wasserspiegel schließlich eine Höhe von 1510 m (Quelle: Science Institute, University of Iceland).
Alle Gletscherläufe seit dem Beginn regelmäßiger Messungen (1954) hatten spätestens bei einem Wasserspiegel von 1430 m eingesetzt. Dabei hatte sich das Wasser stets selbst einen Weg durch das Eis gesucht. Die maximal ausgeflossene Wassermenge betrug 3,5 km3 bei Spitzenwerten der Abflußmenge von 10 000 m3/s (Björnsson, 1988).

 

Terraingeocodierte ERS-2 Szene (descending) vom 21. Oktober 1996, Ausschnitt Grimsvötn

NOAA Bild von Island Der Anstieg des Wasserspiegels betrug bis zum 21. Oktober 78 m über die Marke von ca. 1430 m, was bei einer nun erreichten Fläche von ca. 45 km2 eine zusätzliche Volumenzunahme des Wasserreservoirs um mindestens 2,5 km3 bedeutet. Diese Kalkulation basiert auf den Radardaten unter Zuhilfenahme von Daten aus Björnsson (1988) über das subglaziale Relief, die Eismächtigkeit und das Verhältnis zwischen subglazialem Wasserdruck und dem Druck des überlagernden Eises.
Man hatte mit dem Abfluß der Wassermassen spätestens bei Erreichen eines Wasserstands von 1505-1510 m gerechnet. Bei dieser Wasserhöhe müßte der Wasserdruck das Gletschereis im Südosten der Caldera vom unterliegenden Gestein abheben und dadurch den plötzlichen Abfluß der Wassermassen unter dem Gletschereis hinweg in den Skeidarársandur ermöglichen.
Nachdem die Marke von 1510 m am 27. Oktober überschritten wurde und der Wasserspiegel durch weiterhin zufließendes Wasser noch um ca. einen 1/4 m pro Tag ansteigt, steht der Gletscherlauf jederzeit bevor.
Insgesamt ist der Abfluß einer Wassersäule von max. 180 m zu erwarten, dies entspricht einer kalkulierten Wassermenge von mindestens 6 km3. Hierzu kommen noch die Wassermassen, die durch den hohen Wasserstand des Calderasees in den Spaltenbereich zurückgestaut werden. Daher könnte das Ausmaß des Gletscherlaufes von 1938 errreicht werden, der auf die Eruption folgte, bei der der Loki-Rücken gebildet wurde. Damals betrug die geschätzte Abflußmenge 6-7 km3 bei einem Maximum von ca. 38 000 m3/s (Björnsson 1988).

 

Interferogramm der ERS-1 und ERS-2 Aufnahmen vom 21. und 22. Oktober 1996 (desc.)

NOAA Bild von Island Eine weitere Verarbeitungsmöglichkeit von Radardaten bietet die SAR-Interferometrie. Die SAR-Antenne von ERS schaut senkrecht zur Flugrichtung unter einer Neigung von 67° zur Erde. Aufgrund dieser Seitensichtgeometrie bewirkt die Topographie Verzerrungen in den Radarbildern. Durch Kombination zweier Aufnahmen kann ein Interferenzmuster erzeugt werden, das die Form des abgebildeten Geländes wiederspiegelt. In obigem Bild folgen die farbigen Linien (Fringes) den Höhenlinien des Vatnajökulls. Da es sich hier um ein Phasendifferenzenbild der Radarwellen handelt, ist der Höhenwert nicht direkt ablesbar, sondern der jeweilige Phasenzustand. Gleiche Farben bedeuten gleichen Phasenzustand. Durch weitere Verarbeitung kann dieser Datensatz in ein digitales Geländemodell überführt werden. In diesem Fall jedoch ermöglicht schon das Interferogramm eine weiterführende Interpretation.

In dem abgebildeten Ausschnitt von ca. 19 x 29 km sind drei Phänomene erkennbar:
1. Im Zentrum ist birnenförmig das unmittelbare Vulkanausbruchgebiet erkennbar.
2. Südlich davon liegt die Grimsvötn Caldera, in der das sich sammelnde Schmelzwasser zu einer Anhebung des Eisdecke führt.
3. Nördlich des unmittelbaren Eruptionsgebiets ist eine kleine neu entstandene Senke zu sehen.

Zur Erzeugung des Interferogramms wurden zwei Aufnahmen verwendet, die ERS-1 und ERS-2 in einem Abstand von 1 Tag lieferten. Änderungen der Erdoberfläche in dieser Zeit, die unregelmäßig und größer als die Wellenlänge des verwendeten Radaraufnahmesystems (5.6 cm) sind, stören eine geschlossene Form der sog. Fringes.

zu 1.: Daher sind in der an die wassergefüllte Spalte angrenzende Absenkungszone keinerlei Fringes erkennbar. Durch Absinken und Nachdrücken des Eises ist der gesamte Bereich auch innerhalb des Aufnahmezeitraums von 24 h noch stark in Bewegung.
Die Absenkungszone besitzt eine Fläche 46 km2 mit einer Länge von 9,6 km und einer maximalen Breite von 6 km in ihrem nördlichen Bereich. Zwischen dem 8. Okt. und dem 21. Okt. hat sich besonders der nördliche Teil stark um ca. 2 km jeweils nach Osten und Westen und ca. 700 m nach Norden ausgedehnt.
Die zwischen dieser großräumigen Senkungszone und der subglazialen Wasserfläche der Grímsvötn Caldera befindliche schmale Rinne mit einer Länge von ca. 2 km und einer Breite von 800 m ist eine Einsenkung über dem Abflußtunnel der Wassermassen in die Caldera.

zu 2.: Beim Erscheinungsbild der Grimsvötn Caldera sind zwei Effekte zu beachten. Zum einen bewirkt das Anheben der Eisdecke durch den Anstieg des Wasserspiegels ein Aufwölben des Eises. An den Berührungsflächen zum umgebenden "Festeis" kommt es innerhalb kurzer Zeiträume (24 h) zu Brüchen, Stauchungen und Spaltenbildung. Dies hat einer Störung der Fringelinien zur Folge.
Zum anderen wird der Zentralbereich des Eisdecke angehoben und ev. verkippt. Erfolgt diese Bewegung zwischen den beiden Aufnahmen, erzeugt sie zusätzliche Interferenzlinien.
Im Interferogramm ist außerdem die Umrißlinie des subglazialen Sees unter der Eisdecke der Grimsvötn Caldera gut erkennbar. Die Flächenkalkulation ergibt mit 47 km2 einen Wert, der nur minimal von dem aus der Szene vom 21. Oktober errechneten Wert von 45 km2 abweicht.

zu 3.: In der nördlichen Fortsetzung der Linie Grímsvötn Caldera / Loki-Rücken ist auf dem Süd-Westrand des subglazialen Bárdabunga-Zentralvulkanes eine aus den bisher vorliegenden Berichten noch nicht bekannte Einsenkung erkennbar. Sie hat eine Länge von 2,6 km, eine Breite von 1 km und dehnt sich in Ost-West-Richtung aus. Diese Einsenkung liegt an einer Stelle, an der die Mächtigkeit der Eisdecke - über einer Erhebung des subglazialen Reliefs auf eine Höhe von 1500 m - auf 200 m zurückgeht. In solchen Bereichen ist sublaziale Aktivität schneller an der Oberfläche erkennbar. Daher ist anzunehmen, daß es auch an dieser Stelle zu einer, wenn auch schwächeren, Eruption kam.
Diese Depression liegt im Wassereinzugsgebiet des nach Norden entwässernden Gletscherflusses Jökulsá á Fjöllum. Die in diesem Bereich verhältnismäßig geringe Eismächtigkeit und starkes Gefälle ermöglichen einen schnelleren Abfluß des Schmelzwassers als im südlichen Grimsvötn-Gebiet. Das Nordic Volcanic Institute verzeichnete am 23. Oktober erhöhte CO2- und SO2-Werte in der Jökulsá á Fjöllum. Daher wurde das Wasser als bei subglazialer eruptiver Tätigkeit entstandenes Schmelzwasser indentifiziert (Nordic Volcanic Institute), das wahrscheinlich aus der nun entdeckten Senke stammt.

Zwischen diesen beiden Senkungszonen liegt ein 5,2 km langer Eisbereich, in dem bisher keine Veränderungen erkennbar sind. In diesem Bereich sinkt das subglaziale Relief von 1100-1200 m - im Bereich des Loki-Rückens - auf bis zu 900 m ab, und die Eismächtigkeit wächst auf über 800 m an. Die obigen Beobachtungen lassen den Schluß zu, daß sich die aktive Spalte auch unter diesem Bereich hindurch über eine Gesamtlänge von ca. 15 km zwischen dem Calderarand des Bardabunga und dem Calderarand der Grímsvötn erstreckt.
Daß es in diesem Abschnitt der Eruptionsspalte noch zu keiner Absenkungkam ist durch folgendes zu erklären: Nachdem sich die Eruption an der Stelle ihrer größten Intensität und relativ geringerer Eismächtigkeit einen Weg durch die Eisdecke gebahnt hatte, konnten die vulkanische Gase und Wasserdampf über diesen Weg entweichen. Nur durch Wärmeentwicklung war die Eruption in dieser Zone der größten Eisdicke nicht in der Lage, die Stabilität des Eispaketes soweit zu schwächen, daß es zu einer spontanen Absenkung der Eisdecke kam. Das unter dem Eis vermutete Gewölbe ist gänzlich mit Schmelzwasser gefüllt. Durch den hohen Wasserspiegel (mindestens 1510 m) wird ein hoher Wasserdruck erzeugt, der zusätzlich stabilisierend wirkt. Es ist anzunehmen, daß sich die Eisoberfläche in diesem Abschnitt nur langsam oder erst nach einer Absenkung des Wasserspiegels durch einen Gletscherlauf senken wird.


 

Literatur:

Björnsson, H. (1988): Hydrology of Ice Caps in Volcanic Regions. Vísindafélag Íslendinga, Societas Scientarium Islandica, Rit. XLV, Reykjavík, 133 pp.

 

AKTUELL !!!

In den Abendstunden des 4. November wurde erhöhte seismische Aktivität im Bereich der Grímsvötn Caldera verzeichnet, die sich in den Morgenstunden des 5. November auf das 20-fache verstärkt hatte.
Um ca. 7:30 Ortszeit (MEZ -2 h) begann der Wasserspiegel der Skeidará anzusteigen und die Farbe des Wassers veränderte sich. Bei Einsetzen des Gletscherlaufs nimmt das Wasser eine nahezu schwarze Färbung an, die durch den hohen Anteil an Pyroklasten (vulkanische Aschen und Bimse) und Basaltsand hervorgerufen wird. Alle Anzeichen deuteten auf den erwarteten spontanen Gletscherlauf hin. Das Maximum des Abflusses wurde nach einem Zeitraum von drei Tagen erwartet.

- Um 8 Uhr kam eine Flutwelle unter dem Gletscher hervor, die den mittleren und östlichen Teil des Skeidarársandur 3-5 m hoch überflutete.

- Um 10 Uhr hatte die Flut in der Skeidará, dem östlichsten Entwässerungssystem des Skeidarárjökull bereits ein Volumen von 6000 m3/s erreicht. Die Ringstrasse war an mehreren Stellen stark beschaedigt. Gleichzeitig weitete sich der Gletscherlauf über die ganze Breite des Gletschers nach Westen hin aus.

- Um 13 Uhr hatte der Gletscherlauf bereits die ca. 600 m lange Brücke über den Gigjukvísl, die Hochspannungsleitung sowie ein im Boden verlegtes Glasfaserkabel zerstört. Die seismische Aktivität nahm weiter zu.

- Um 15 Uhr schätzten isländische Wissenschaftler die Abflussmenge bereits auf ein Volumen von 25000 m3/s. Die Brücke über die Skeidará war bis dahin bereits stark beschädigt und der Gesamtschaden wurde zu diesem Zeitpunkt auf einen Wert von 23 Mio. DM geschätzt. Eisblöcke mit einem Gewicht von bis zu 200 t wurden vom Wasser mitgerissen.

- Um 22:30 Uhr erreichte die Flutwelle ihren vorläufigen Höchststand mit ca. 45000 m3/s. Die seismische Aktivität blieb während der ganzen Nacht in etwa auf demselben Niveau.

- Am Morgen des 6 Nov. war die Flut deutlich zurückgegangen, zwei Brücken wurden total zerstört und die Brücke über die Skeidará beinahe irreparabel beschädigt.

- Im Verlaufe des Tages nahm die Flut weiterhin langsam ab und um ca. 13 Uhr kam es zu einer erneuten Eruption und eine Dampfwolke stieg auf eine Höhe von ca. 14000 Fuss.

Bereits zu Beginn des Gletscherlaufes waren vor der Südküste Islands fischende Schiffe angewiesen worden ihre Netze aufzuholen, da die großen Sedimentmassen zu unterseeischen Trübeströmen (Turbidity currents) am Hang des isländischen Schelfes führen können. Rutschungen dieser Art sind in der Lage, ein Schiff am Schleppnetz in die Tiefe zu reißen.

ERS-2 wird das betroffenen Gebiet am 7., 10. und 11. November überfliegen. Das DFD wird die Daten in seiner Empfangsstation Neustrelitz aufnehmen und die Ergebnisse anschließend über diese Homepage veröffentlichen.


Die vorgestellten Ergebnisse wurden im Rahmen der Promotionsarbeiten von Frau Bettina Müschen mueschen@dfd.dlr.de und Herrn Christoph Böhm boehm@dfd.dlr.de am DFD erzielt.

Stand: 6.11.1996; Weitere technische Informationen: Achim Roth roth@dfd.dlr.de
WWW: B. Müschen & C. Böhm ; Ein Service des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums des DLR
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