Quelle: GFZ 11. Mai 2024.

11. Mai 2024 – Der Vergleich mit geologischen Karten, Informationen zu Grundwasserspeichern und Daten der GRACE-Satellitenmission zeigt einen besorgniserregenden Trend: In zahlreichen iranischen Provinzen wächst das Risiko einer irreversiblen Erschöpfung und Schädigung der Grundwasserreservoirs, wobei einige Reservoirs möglicherweise dauerhaft verloren gehen.
Insbesondere in der südostiranischen Provinz Kerman kommt es zu dramatischen Absenkungsraten. „Der Bezirk Rafsanjan in der Provinz Kerman ist Irans Zentrum der Pistazienproduktion, und wir haben dort alarmierende Senkungsraten gemessen, die an einigen Standorten 35 Zentimeter pro Jahr übersteigen“, sagt Mahdi Motagh. Er ist Arbeitsgruppenleiter in der GFZ-Sektion „Fernerkundung und Geoinformatik“ und Professor am Institut für Photogrammetrie und GeoInformation an der Leibniz-Universität Hannover, wo Hauptautor Dr. Mahmud Haghshenas Haghighi Wissenschaftlicher Mitarbeiter ist. Sie nutzten Radar-Interferometrie (Engl. “Interferometric Synthetic Aperture Radar”| InSAR), um die Bodenabsenkungen zu messen. „Anhand von mehr als 6.000 Sentinel-1-Bildern aus dem Zeitraum zwischen 2014 und 2020 haben wir eine Karte der Landabsenkung mit einer bislang einzigartigen Auflösung von 100 Metern für ganz Iran erstellt“, sagt Motagh.

In dem Land mit rund 84 Millionen Menschen zeichnet sich seit Jahren eine Grundwasserkrise ab. Durch die Kombination von Satellitendaten mit verschiedenen geologischen Beobachtungen und hydrogeologischen Messungen wurde für Iran ein nicht nachhaltiger jährlicher Grundwasserverlust von 1,7 Milliarden Kubikmetern (BCM) ermittelt. Das Ausmaß dieses Verlustes stellt eine große Herausforderung dar, da die Wiederauffüllung solcher Grundwasservolumina Hunderte oder sogar Tausende von Jahren dauern könnte, wenn sie überhaupt möglich ist.

Den Autoren zufolge ist der Hauptgrund für diesen enormen Verlust an Grundwasser die nicht nachhaltige Bewässerungslandwirtschaft, die durch das Bevölkerungswachstum und die Industrialisierung des Iran noch verstärkt wird. Mahdi Motagh sagt: „Die nicht-nachhaltige Entnahme von Grundwasser ist leider alltägliche Praxis geworden.“

Landabsenkungen, die ein sichtbares Zeichen für die Verdichtung der Grundwasserleiter sind, treten im ganzen Land auf. Etwa 3,5 Prozent der iranischen Landfläche sind von diesem Problem betroffen, das Millionen von Menschen und wichtige Infrastrukturen wie Flughäfen und Eisenbahnen in Mitleidenschaft zieht. In Provinzen wie Teheran, Isfahan, Kerman und Khorasan Razavi wohnt mehr als ein Viertel der Bevölkerung in Gebieten, die in unterschiedlichem Maße von Bodensenkungen bedroht sind. „Die in Provinzen wie Kerman, Teheran, Alborz, Fars und Khorasan Razavi gemessenen Absenkungsraten von mehreren zehn Zentimetern pro Jahr gehören zu den höchsten der Welt“, sagt Mahmud Haghshenas Haghighi.

Die beiden Autoren betonen: „Diese umfassende Analyse unterstreicht den dringenden Bedarf an sofortigen Maßnahmen und der Umsetzung einer kohärenten Grundwasserpolitik. Eine solche Politik ist für die Bewältigung der iranischen Grundwasserkrise und die Bekämpfung des Wasserdefizits von entscheidender Bedeutung.“

Originalpublikation:
Mahmud Haghshenas Haghighi, Mahdi Motagh, Uncovering the impacts of depleting aquifers: A remote sensing analysis of land subsidence in Iran.Sci. Adv.10, eadk3039(2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3039
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3039

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Quelle: GFZ.

13. April 2022 – Auch vor der Küste der Antarktis gibt es Vulkane. Am Tiefseevulkan Orca, der seit langem inaktiv ist, wurde 2020 eine Folge von mehr als 85.000 Erdbeben registriert, ein Schwarmbeben, das bis dahin für diese Region nicht beobachtete Ausmaße erreichte. Dass solche Ereignisse auch in derart abgelegenen und daher schlecht instrumentierten Gebieten sehr detailliert untersucht und beschrieben werden können, zeigt nun die Studie eines internationalen Teams, die in der Fachzeitschrift „Communications Earth and Environment“ veröffentlicht wurde. Unter Leitung von Simone Cesca vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) waren Forschende aus Deutschland, Italien, Polen und den Vereinigten Staaten beteiligt. Mit der kombinierten Anwendung von seismologischen, geodätischen und Fernerkundungs-Techniken konnten sie ermitteln, wie der schnelle Transfer von Magma vom Erdmantel nahe der Krusten-Mantel-Grenze bis fast zur Oberfläche zu dem Schwarmbeben führte.

Der Orca-Vulkan zwischen Südamerikas Spitze und der Antarktis
Schwarmbeben treten hauptsächlich in vulkanisch aktiven Regionen auf. Als Ursache wird daher die Bewegung von Fluiden in der Erdkruste vermutet. Der Orca-Seamount ist ein großer submariner Schildvulkan mit einer Höhe von etwa 900 Metern über dem Meeresboden und einem Basisdurchmesser von rund 11 Kilometern. Er liegt in der Bransfield-Straße, einem Meereskanal zwischen der Antarktischen Halbinsel und den Süd-Shetland-Inseln, südwestlich der Südspitze von Argentinien.

„In der Vergangenheit war die Seismizität in dieser Region mäßig. Im August 2020 begann dort allerdings ein intensiver seismischer Schwarm mit mehr als 85.000 Erdbeben innerhalb eines halben Jahres. Er stellt die größte seismische Unruhe dar, die dort jemals aufgezeichnet wurde“, berichtet Simone Cesca, Wissenschaftler in der Sektion 2.1 Erdbeben- und Vulkanphysik des GFZ und Leiter der jetzt veröffentlichten Studie. Gleichzeitig mit dem Schwarm wurde auf dem benachbarten King George Island eine seitliche Bodenverschiebung von mehr als zehn Zentimetern und einer geringen Hebung von etwa einem Zentimeter aufgezeichnet.

Cesca hat diese Ereignisse mit Kolleg*innen vom National Institute of Oceanography and Applied Geophysics – OGS und der Universität Bologna (Italien), der Polnischen Akademie der Wissenschaften, der Leibniz-Universität Hannover, des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums (DLR) und der Universität Potsdam untersucht. Dabei standen sie vor der Herausforderung, dass es in der abgelegenen Gegend nur wenige konventionelle seismologische Instrumente gibt, nämlich nur zwei seismische Stationen und zwei GNSS-Stationen (Bodenstationen des Globalen Navigations-Satelliten-Systems, die Bodenverschiebungen messen). Um die Chronologie und Entwicklung der Unruhen zu rekonstruieren und ihre Ursache zu ermitteln, hat das Team daher zusätzlich Daten von entfernteren seismischen Stationen und Daten von InSAR-Satelliten, die mittels Radarinterferometrie Bodenverschiebungen messen, ausgewertet. Ein wichtiger Schritt war dabei die Modellierung der Ereignisse mit einer Reihe geophysikalischer Methoden, um die Daten richtig zu interpretieren.

Die Rekonstruktion der seismischen Ereignisse
Die Forschenden haben den Beginn der Unruhen auf den 10. August 2020 zurückdatiert und den ursprünglichen globalen seismischen Katalog, der nur 128 Erdbeben enthielt, auf mehr als 85.000 Ereignisse erweitert. Der Schwarm erreichte seinen Höhepunkt mit zwei großen Erdbeben am 2. Oktober (Mw 5,9) und am 6. November (Mw 6,0) 2020, bevor er abflaute. Bis Februar 2021 war die seismische Aktivität deutlich zurückgegangen.

Als Hauptursache für das Scharmbeben identifizieren die Forschenden eine Magma-Intrusion, die Ausbreitung eines größeren Magma-Volumens. Denn seismische Prozesse allein können die beobachtete starke Oberflächendeformation auf King George Island nicht erklären. Die Magma-Intrusion wird unabhängig von geodätischen Daten bestätigt.

Die Seismizität wanderte von ihrem Ursprungsort zunächst nach oben und dann seitlich: Tiefere, gebündelte Erdbeben werden als Reaktion auf die vertikale Ausbreitung von Magma aus einem Reservoir im oberen Erdmantel oder an der Grenze zwischen Kruste und Erdmantel interpretiert. Flachere sogenannte Krustenbeben breiteten sich von Nordost nach Südwest aus. Sie wurden durch den sich seitlich ausbreitenden Magmadamm ausgelöst, der eine Länge von etwa 20 km erreicht.

Die Seismizität nahm Mitte November, nach rund drei Monaten anhaltender Aktivität, abrupt ab. Das fällt mit dem Auftreten des größten Erdbebens der Serie mit einer Magnitude von Mw 6,0 zusammen. Das Ende des Schwarms lässt sich durch den Druckverlust im Magmastollen erklären, der mit dem Abrutschen einer großen Verwerfung einhergeht. Das könnte den Zeitpunkt eines Ausbruchs am Meeresboden markieren, der aber bislang nicht durch andere Messungen bestätigt werden konnte.

Die Forschenden schließen durch Modellierung von GNSS- und InSAR-Daten, dass das Volumen der Magma-Intrusion von Bransfield eine Größenordnung von 0,26-0,56 Kubikkilometer aufweist. Das macht diese Episode auch zur größten magmatischen Unruhe, die jemals in der Antarktis geophysikalisch überwacht wurde.

Résumé
Simone Cesca resümiert: „Unsere Studie stellt die erfolgreiche Untersuchung einer seismo-vulkanischen Unruhe an einem abgelegenen Ort der Erde dar, bei der uns die kombinierte Anwendung von Seismologie, Geodäsie und Fernerkundungstechniken ein Verständnis von Erdbebenprozessen und Magmatransport in schlecht instrumentierten Gebieten ermöglicht hat. Dies ist einer der wenigen Fälle, in denen wir mit geophysikalischen Mitteln ein Eindringen von Magma aus dem oberen Mantel oder der Krusten-Mantel-Grenze in die flache Kruste beobachten können – einen schnellen, nur wenige Tage dauernden Magmatransfer vom Mantel bis fast zur Oberfläche.“

Originalpublikation:
Cesca, S., Sugan, M., Rudzinski, Ł., Vajedian, S., Niemz, P., Plank, S., Petersen, G., Deng, Z., Rivalta, E., Vuan, A., Plasencia Linares, M. P., Heimann, S., and Dahm, T., 2022. Massive earthquake swarm driven by magmatic intrusion at the Bransfield Strait, Antarctica, Communications Earth & Environment, doi: 10.1038/s43247-022-00418-5
https://www.nature.com/articles/s43247-022-00418-5

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