In einer Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, schlagen Forscher und Ingenieure des Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) und des GFZ Helmholtz Centre for Geosciences eine neue Erkennungsmethode namens "Jerk" (auf Deutsch "Ruck") vor. Sie kann in Echtzeit sehr frühe Vorläufersignale für Vulkanausbrüche anhand eines einzigen seismologischen Instruments identifizieren.
© A. Peltier / OVPF-IPGP, 2015
Die "Jerk"-Methode ermöglicht es, in Echtzeit extrem subtile Bodenbewegungen zu erfassen, die mit Magmainjektionen in der Tiefe zusammenhängen. Diese Signale, sogenannte Jerk-Signale, äußern sich in Form von transienten Signalen mit sehr niedriger Frequenz, die in den horizontalen Bodenbewegungen sowohl in der Beschleunigung als auch in der Neigung beobachtet werden. Die Autoren zeigen, dass sie wahrscheinlich durch dynamische Gesteinsbruchprozesse vor einem Ausbruch erzeugt werden. Mit einer Amplitude in der Größenordnung von wenigen Nanometern pro Sekunde hoch drei (nm/s³) können diese Signale mit einem einzigen Breitbandseismometer erfasst werden, vorausgesetzt, eine spezifische Datenverarbeitung, die unter anderem die Korrektur der Gezeiten umfasst, wird angewendet.
Im April 2014 wurde das Werkzeug am vulkanologischen Observatorium des Piton de la Fournaise des IPGP (OVPF-IPGP, Insel La Réunion) als vollautomatisiertes Modul des WebObs-Systems implementiert. Dabei wurden die Daten einer seismologischen Station des globalen Geoscope-Netzwerks genutzt, die 8 km vom Gipfel des Vulkans entfernt liegt (Rivière de l'Est).
Bereits am 20. Juni 2014 wurde eine erste Warnung 1 Stunde und 2 Minuten vor Beginn des Ausbruchs gesendet. Über mehr als 10 Jahre hinweg arbeitete dieses System zur Erkennung und Analyse von Jerk-Signalen rund um die Uhr ununterbrochen und ermöglichte so automatische Warnungen für 92 % der 24 Ausbrüche, die zwischen 2014 und 2023 stattfanden. Die Vorwarnzeiten variierten von wenigen Minuten bis zu 8,5 Stunden, bevor das Magma die Oberfläche erreichte. Die Methode wurde auch anhand von Daten von 24 früheren Ausbrüchen zwischen 1998 und 2010 getestet und zeigte, dass die Jerk-Warnung systematisch funktioniert.
Die große Originalität dieser Arbeit liegt darin, dass die Jerk-Methode über mehr als 10 Jahre hinweg automatisch und ohne Aufsicht in Echtzeit getestet und validiert wurde. Dies steht im Gegensatz zur überwiegenden Mehrheit der in der Literatur veröffentlichten Studien zu eruptiven Vorläufern, die auf einer Nachbearbeitung von Daten und einer nachträglichen Analyse basieren.
Das System erzeugte jedoch einige Male "falsch-positive" Meldungen – klare Warnungen, denen kein Ausbruch folgte –, die sich alle als echte Magmaintrusionen oder "abgebrochene Eruptionen" erwiesen. Diese Interpretation wurde durch alle anderen Beobachtungsgrößen wie Seismizität, Deformationen und Vulkan gasanalysen gestützt. Neben der Wirksamkeit der Jerk-Warnung für Ausbrüche erweist sich das Werkzeug somit auch als perfekter und eindeutiger Detektor für magmatische Intrusionen.
Während der letzten seismischen Krise am Piton de la Fournaise am 5. Dezember 2025, die mit geringen Deformationen und Gasanomalien verbunden war, wurde ein kleines Jerk-Signal ausgesendet (nur 0,1 nm/s3). Dies bestätigte, dass tatsächlich eine Magmaintrusion stattgefunden hatte.
Da der Piton de la Fournaise ein sehr gut instrumentierter und überwachter Laborvulkan ist, wird das Jerk-Werkzeug vom OVPF-IPGP als ergänzender Indikator zu den vielen Vorläufersignalen anderer Beobachtungsgrößen verwendet, um die Realität einer magmatischen Intrusion zu bestätigen.
An anderen, weniger instrumentierten Vulkanen könnte das Jerk-Werkzeug als einfache und effektive Methode zur Frühwarnung vor Vulkanausbrüchen eingesetzt werden. Es bleibt noch viel zu tun, insbesondere die Methode an anderen aktiven Vulkanen zu testen, beginnend mit dem Ätna (Italien). Dort soll bereits 2026 ein Projekt in Zusammenarbeit mit dem INGV (Italien) starten, das das GIPP (Geophysical Instrumental Pool of Potsdam) einbezieht und darauf abzielt, das Jerk-Signal mit einem neuen Netzwerk von Seismometern zu erfassen.