Anatomie einer Katastrophe

Indonesian National Board for Disaster Management - https://twitter.com/SAR_NASIONAL/status/1077191385705459712

Über 400 Menschen starben, als am 22. Dezember 2018 eine Flutwelle die Küsten der Sundastraße traf. Ursache war ein eigentlich nicht allzu heftiger Ausbruch des Vulkans Anak Krakatau, der einen Teil der Insel in einem katastrophalen Erdrutsch ins Meer gleiten ließ; es war der tödlichste von einem Vulkan ausgelöste Tsunami seit über 130 Jahren. Außerdem kam das Ereignis völlig überraschend: Die indonesischen Behörden gaben Tsunami-Entwarnung, noch während die Wellen am Ufer hunderte Menschen töteten.

Das liegt daran, dass man kaum etwas über solche Naturereignisse weiß – es gab bisher einfach praktisch keine Beobachtungsdaten. Der Anak Krakatau dagegen steht unter ständiger Beobachtung, weil er sehr aktiv ist und in einer dicht besiedelten Region liegt. Mit den dabei gesammelten Daten hat nun eine Arbeitsgruppe den genauen Ablauf dieses als Flankenkollaps bezeichneten Ereignisses rekonstruiert.

Tsunamis durch Vulkanausbrüche sind selten – nur etwa 5 Prozent aller Tsunamis entstehen so, und in den letzten drei Jahrhunderten gab es trotz buchstäblich tausender Vulkanausbruche nur etwa 110 nennenswerte derartige Flutwellen. Trotzdem töteten sie laut Literatur etwa ein Viertel aller in den letzten Jahrhunderten bei Vulkanausbrüchen umgekommenen Menschen.

Die instabile Südwestflanke

Entsprechend gründlich wird der Tsunami des Anak Krakatau nun untersucht und auf klare Warnsignale geprüft, durch die man zukünftige Tsunamis rechtzeitig erkennen kann.  Insgesamt ist das Bild aber eher gemischt: einerseits gibt es diverse Warnzeichen, die den Zusammenbruch eines Vulkans ankündigen. Andererseits bestimmen wie bei Erdbeben kleine, kaum zu beobachtende Effekte, wann das genau passiert, und viele Fragen bleiben offen – nicht zuletzt, wie die Höhe und Zerstörungskraft den entstehenden Tsunamis.

Anak Krakatau vor und nach dem Flankenkollaps. 
Daten:  TerraSAR-X (DLR), Bildbearbeitung: GFZ
Anak Krakatau vor und nach dem Flankenkollaps.
Daten: TerraSAR-X (DLR), Bildbearbeitung: GFZ

Dass die Flanke des Anak Krakatau instabil werden würde, hatten Fachleute schon vor über zehn Jahren vermutet. Die neue Insel liegt an der inneren Abbruchkante im Nordosten des 1883 entstandenen Einbruchkraters, und der Vulkan bricht in Richtung Südwesten aus, weg von der stützenden Wand. Irgendwann würde dieser Teil der Insel ins Meer rutschen – was 2018 dann geschah. Tatsächlich schätzte schon 2012 Arbeitsgruppe die Höhe des entstehenden Tsunamis recht genau ein.

Im Grunde sind solche als Flankenkollaps bezeichnete Rutschungen bei Vulkanen ziemlich normal. Das liegt daran, dass Vulkane nicht aus festem Gestein bestehen, sondern aus Schichten ausgestoßener Aschen und Gerölle, zwischen denen hier und da mal ein Lavastrom liegt. Außerdem liegt der Vulkanschlot nahe am Gipfel, so dass sich das neue Gestein immer höher stapelt und die Flanken immer steiler macht.

Viele Vulkanische Inseln sehen auf einer Karte aus, als hätte man Stücke herausgebissen; diese halbrunden Ausschnitte sind die Narben gigantischer Bergrutsche, die zum Beispiel in Hawaii untermeerische Trümmerfelder bis in tausende Meter Tiefe hinterlassen haben. Die Spuren solcher Ereignisse haben natürlich auch Spekulationen beflügelt, nicht zuletzt die Vermutung, dass die Westflanke der Cumbre Vieja auf La Palma schon in naher Zukunft ins Meer rutschen könnte.

Inzwischen weiß man: Die Bilder vom Mega-Tsunami, der nach einem solchen katastrophalen Erdrutsch quer über den Atlantik rollen würde, sind völlig überzeichnet. Aber natürlich würde auch eine lokale Flutwelle dort einigen Tausend Menschen gründlich den Tag verderben – so wie der Tsunami des Anak Krakataus nur Küstenabschnitte im näheren Umkreis erreichte, die aber mit einiger Wucht.

Vorspiel

Der eigentliche Contdown zur Katastrophe begann im Juni 2018. Daten des MODIS-Instruments am Satelliten Terra zeigen, dass der Vulkan damals in eine Phase dramatisch stärkerer Aktivität eintrat: Binnen nur sechs Monaten strahlte der Vulkan fast dreimal so viel Energie ab wie in den 18 Jahren zuvor.

Der Höhepunkt dieser Aktivität war allerdings nicht zeitgleich mit dem Tsunami im Dezember, sondern bereits drei Monate zuvor. Im September spie der Berg die meiste Lava, danach ließen die Ausbrüche wieder nach. Messungen der Bodenbewegungen durch Radar-Interferometrie des Satelliten Sentinel-1 zeigen, dass die Südwestflanke des Vulkans bereits im Januar langsam Richtung Meer sackte – wie bereits 2012 Thomas Giachetti und seine Kollegen bei der Simulation des Kollaps vermutet hatten. Die heftigen Ausbrüche ab Juni häuften etwa 54 Millionen zusätzliche Tonnen Auswurfmaterial auf die gefährdete Südwestflanke des Vulkans und ließen den in Bewegung geratenen Teil des Bergs stärker nach Südwesten rutschen – nun um etwa einen Zentimeter pro Monat, mehr als Doppelt so viel wie vor Juni.

Höhenveränderungen des Anak Krakatau vor dem Kollaps. Rot: Senkungen
Daten: ESA Earth Observation, Bearbeitung: GFZ
Höhenveränderungen des Anak Krakatau vor dem Kollaps. Rot: Senkungen
Daten: ESA Earth Observation, Bearbeitung: GFZ

Das Muster der Verformungen zeigt eine scharfe Grenze, an deren Ostseite sich das Gestein kaum bewegte. Dort schnitt die Unterseite des rutschenden Teils des Berges die Oberfläche. Das Interessante ist, dass der Gipfelkrater des Anak Krakatau auf der abrutschenden Seite lag – dadurch legte der Erdrutsch im Dezember den unteren Teil des Vulkanschlots frei und verursachte enorme Explosionen.

Aber das geschah erst nach dem Erdrutsch selbst. Nur wenige Stunden bevor die Bergflanke abrutschte, begann eine neue Serie von Ausbrüchen des Vulkans – zwar deutlich schwächer als jene zwischen Juni und September, aber immer noch die schwersten Eruptionen seit einem Monat. Aber auch diese Aktivität löste die Rutschung nicht aus – eine wichtige Erkenntnis ist, dass nicht zwangsläufig ein großer, energiereicher Auslöser nötig ist. Vielmehr beruhigte sich Anak Krakatau wieder, ohne dass etwas passierte.

Kollaps

Der wahrscheinliche Auslöser war schließlich ein kleines Erdbeben. Um 20:54 Uhr Ortszeit verzeichneten Messstationen eine Erschütterung im Frequenzbereich von einem bis acht Hertz, und keine zwei Minuten später ein starkes, langes Signal bei niedrigen Frequenzen. Das tiefe Brummen entstand, als die Hälfte des Berges ins Meer rutschte.

Unklar ist bisher, wie viel Gestein dabei tatsächlich in Bewegung geriet. Radarbilder von Satelliten zeigen zwar, dass der Erdrutsch die Höhe der Insel von über 330 auf 110 Meter reduzierte, doch auch unter Wasser brach die Vulkanflanke zusammen. Bisher hat niemand nachgeguckt, wie sich der Meeresboden verändert hat. Außerdem veränderten Lava und Asche der heftigen Ausbrüche nach dem Tsunami die Form der Insel.

Diese Ausbrüche waren allerdings nicht Ursache, sondern Folge des Flankenkollaps. Die Bruchfläche, an der das Gestein abrutschte, durchschnitt den Schlot, durch den der Vulkan ausbrach, sowie das mit heißem Wasser gefüllte Spaltensystem im Berg. Magma verhält sich wie eine gut geschüttelte Flasche Cola: Wenn der Druck plötzlich nachlässt – zum Beispiel weil der Berg darüber gerade auf dem Weg zum Meeresgrund ist – perlen gelöstes Gas und Dampf aus und lassen die ganze Masse mit ordentlich Schwung oben raus spritzen.

Diese heftigen Ausbrüche dauerten mindestens noch mehrere Stunden und setzten große Mengen Gas frei. Satellitendaten zeigten nach der Eruption eine große Wolke Schwefeldioxid über dem Berg, wie man sie in den Wochen zuvor nicht beobachtet hat. Auch das spricht dafür, dass nicht eine weitere Eruption den Kollaps auslöste, sondern das Ereignis eine neue Form der vulkanischen Eruption nach sich zog.

Tsunami

Währenddessen traf der Tsunami die Küsten rund um die Sundastraße; die Höhe des Tsunamis war von Ort zu Ort unterschiedlich, an einigen Stellen war er kleiner als einen Meter, an anderen über zwei Meter hoch[1]. Das klingt nicht nach allzu viel, aber ein Tsunami ist eben keine normale Welle, wie man sie sich beim Surfen wünscht, sondern eher eine Art Schnellzug aus Wasser. Außerdem ist die Küste recht flach, und Siedlungen samt ihrer Infrastruktur liegen nahe am Ufer, deswegen die vielen Toten und Verletzten.

In gewisser Hinsicht ist all das recht ernüchternd. Wirklich zuverlässige Warnungen vor einem Flankenkollaps und dem folgenden Tsunami sind nicht in Sicht. Dafür sind solche Ereignisse zu komplex. Seit zehn Jahren wusste man, dass die Flanke des Anak Krakatau instabil war, aber es war nicht die heftige Aktivität zwischen Juni und September, die die Katastrophe auslöste, sondern eine vergleichsweise unscheinbare Erschütterung.

Auch beim Tsunami haben die bisherigen Untersuchungen mehr Fragen aufgeworfen als sie beantworten. Eine Arbeitsgruppe stellte vor einigen Monaten die These auf, dass viel weniger Gestein abrutschte, als nach den Berechnungen von 2012 für einen Tsunami dieser Größe nötig gewesen wäre.

Umgekehrt würde das bedeuten, dass schon deutlich kleinere Rutschungen als bisher gedacht eine Gefahr darstellen – und man die bisherigen Tsunami-Modelle überdenken muss. Klären kann man das erst einmal nicht, dazu bräuchte man mehr Daten von anderen vergleichbaren Ereignissen. Und die sind glücklicherweise selten.

[1] In Wikipedia steht, der Tsunami sei teilweise über 13 Meter hoch gewesen. Das halte ich für einen Übersetzungsfehler, bei dem die Wellenhöhe mit der runup height verwechselt wurde – also der Höhe, die die Wellen an Land erreicht haben.

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