Mithilfe modernster Radar- und seismischer Interferometrie-Analysetechniken wurden die Bereiche der inneren Struktur des Phlegräischen Supervulkans kartiert, die derzeit hinsichtlich Spannungskonzentration, Bodendynamik und fumarolischer Oberflächenemissionen am aktivsten sind. Dies geht aus einer Studie des CNR (Nationaler Forschungsrat), des INGV (Institut für Geophysik und Vulkanologie) und der Universität Federico II von Neapel hervor, die in Remote Sensing of Environment veröffentlicht wurde.
Die aktivsten inneren Regionen der Phlegräischen Felder wurden durch die Integration geophysikalischer Messungen, seismischer Daten und Bodenverformungen im Fernerkundungsgebiet identifiziert. Eine Studie des Instituts für Elektromagnetische Umweltsensorik des Nationalen Forschungsrats (CNR-IREA), des Vesuv-Observatoriums der Universität Neapel und des Nationalen Instituts für Umweltwissenschaften (NIS) hob die aktivsten Bereiche des Phlegräischen Supervulkans hervor, der westlich des Stadtgebiets von Neapel liegt.Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia (INGV-OV) und das Department für Geowissenschaften, Umwelt und Ressourcen der Universität Neapel Federico II führten in Zusammenarbeit mit INVOLCAN (Instituto Volcanológico de Canarias, Teneriffa, Spanien) und dem Institut für Geowissenschaften der JGU (Johannes Gutenberg-Universität Mainz) eine Studie durch. Die Forschungsarbeit mit dem Titel „Untersuchung vulkanischer Strukturen mittels SAR und seismischer Interferometrie“ wurde in der Fachzeitschrift „Remote Sensing of Environment“ veröffentlicht.
„Die Integration innovativer Satelliten- und seismischer Datenanalysetechniken“, erklärt der wissenschaftliche Koordinator Pietro Tizzani, ein Forscher des CNR-IREA, „hat es uns ermöglicht, die Teile der inneren Struktur des Phlegräischen Supervulkans zu kartieren, die derzeit sowohl hinsichtlich der Spannungskonzentration als auch der Bodendynamik am aktivsten sind.“ Die Ergebnisse basieren insbesondere auf X-Band-Satellitenradardaten der COSMO-SkyMed-Konstellation der italienischen Raumfahrtagentur (ASI), die in den Labors des CNR-IREA in Neapel verarbeitet wurden, sowie auf seismischen Daten, die vom permanenten Überwachungsnetzwerk INGV-OV erfasst wurden.
Darüber hinaus, erklärt Francesca Bianco, Direktorin des INGV-OV, haben die integrierten Analysen hervorgehoben, „dass das Gebiet östlich der Solfatara, in der Nähe der Fumarolenregion von Pisciarelli, den Teil der Caldera darstellt, der zwischen 2011 und 2014 die höchsten relativen Bodenverformungsraten aufwies. Dies entspricht in einer Tiefe zwischen 0.8 und 1.2 km einer Region mit der höchsten Konzentration aufgezeichneter Seismizität: ein Trend, der sich auch nach 2014 fortsetzt.“
Die Ergebnisse der bei der Analyse verwendeten seismischen Interferometrie-Technik, bekannt als Ambient Noise Tomography (ANT), hoben außerdem einen Teil der Kruste in diesem Gebiet hervor, in dem eine signifikante Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Wellen aufgezeichnet wurde. Dies weist auf das Vorhandensein geologischer Körper mit anderen mechanischen Eigenschaften als in der Region östlich von Pisciarelli hin. Diese Abweichungen stehen wahrscheinlich im Zusammenhang mit intensiven hydrothermalen Phänomenen, die sich von der topografischen Oberfläche bis etwa 1.5 km unter die Oberfläche erstrecken und strukturell das System bilden, das die tiefe Magmaquelle mit der Oberfläche verbindet. Diese Interpretation wird auch durch die intensive fumarolische Aktivität gestützt, die zwischen 2011 und 2014 zwischen der Solfatara und dem Ort Pisciarelli aufgezeichnet wurde.
„Die Entwicklung neuer Techniken zur Analyse potenzieller Felder im Kontext von per Fernerkundung gewonnenen Daten zur Bodenverformung“, betont Maurizio Fedi, Professor für Angewandte Geophysik an der Universität Federico II und Co-Autor der Studie, „ist eine wertvolle Ergänzung zur Charakterisierung und Identifizierung subvulkanischer Strukturen und zur Untersuchung der Oberflächendynamik von Vulkanen. Die Analyse der aus diesen Daten gewonnenen Strukturmerkmale, integriert mit den bereits aus gravimetrischen und magnetometrischen Daten abgeleiteten, ist für Strukturen mit geringer Geschwindigkeit in einer Tiefe von etwa einem Kilometer von großer Bedeutung.“
Diese Analysemethoden eröffnen neue und bedeutende Möglichkeiten bei der Untersuchung plattformübergreifender geodätischer Signale.
„Diese Forschung“, so Riccardo Lanari, Direktor des CNR-IREA, „ist ein Beispiel dafür, wie die Zusammenarbeit und die multidisziplinäre Integration der in der neapolitanischen wissenschaftlichen Gemeinschaft der Geowissenschaften vorhandenen Fachkenntnisse zu bedeutenden Fortschritten in unserem Verständnis der Natur und des Verhaltens des Phlegräischen Vulkans und zur technologischen Entwicklung von Vulkanüberwachungssystemen geführt haben, die sowohl für die Untersuchung ihrer inneren Struktur als auch für die Identifizierung der dynamischsten aktiven Regionen und das Management der damit verbundenen Risiken von wesentlicher Bedeutung sind.“
Roma, 21. Oktober 2019
Abbildung 1SAR-Interferometrie-Analyse für den Zeitraum 2011–2014. (a, b) Karte der vertikalen bzw. EW-Verschiebungen, gemessen während Phase 1 zwischen Februar 2011 und Mai 2012, (c, d) Phase 2 zwischen Mai 2012 und April 2013 und (e, f) Phase 3 zwischen April 2013 und Januar 2014. Unten links sind die Zeitreihen der vertikalen und Ost-West-Verschiebungen dargestellt. Der analysierte Zeitraum ist in drei Phasen (graue Bereiche) unterteilt, die durch homogene lineare Deformationsperioden gekennzeichnet sind. Rechts sind die Ergebnisse der THD-Analyse (Total Horizontal Derivative) der vertikalen Deformationskomponente für Phase 2 (Mai 2012–April 2013) dargestellt. Die grünen Kreuze kennzeichnen die THD-Maxima. Die magentafarbenen Kreise stellen die Standorte des Standorts Pozzuoli (PZ), der Stadt Neapel (NA), Monte Nuovo (NU), des Hafens von Pozzuoli (HR), des Astroni-Kraters (AS), des Solfatara-Kraters (SO), der Pisciarelli-Fumarolenquelle (PI), Monte Gauro (GA) und San Vito (SA) dar. Das grüne Kästchen gibt den Analysezeitraum an.
Abbildung 2ANT-Gruppengeschwindigkeitsmodell. Oberflächenwellen-Gruppengeschwindigkeitskarten (Rayleigh) für den Zeitraum von 1,2 s. Die durchgeführte Analyse umfasst den Zeitraum 2011–2013. Das schattierte Polygon zeigt einen Bereich mit niedriger oder keiner Auflösung.
Abbildung 3: Seismizität 2005–2016 und SAR vs. seismische Interferometrie. (a) Epizentrale Verteilung der relevanten lokalen Seismizität für die drei in Abbildung 1 dargestellten Zeitphasen. (b) Vergleich der THD-Maxima (grüne Kreuze) und der Karte des seismischen Geschwindigkeitsprofils des Zeitraums von 1.2 s (~1 km) mit den Verteilungen 2005–2011 (blaue Kreise), 2012–2013 (rote Kreise) und 2014–2016 (gelbe Kreise) ausgewählter Erdbeben in einer Tiefe zwischen 800 m und 1200 m.
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