Sonnensturm und Nordlichter

Am 10 Mai 2024 traf ein sehr starker Sonnensturm auf das Magnetfeld der Erde. Die Folge waren unter anderem sehr starke Polarlichter, die auch in Süddeutschland und im Alpenraum noch deutlich zu sehen waren.

Zum Hintergrund des Ereignisses: Die Sonne als Zentralgestirn unseres Sonnensystems verursacht einen beständigen Partikelstrom, der zumeist aus freien Protonen (Wasserstoffkerne) und Elektronen besteht, die aufgrund ihrer elektrischen Ladung sich entlang von Magnetfeldlinien bewegen. Die Magnetfelder an der Oberfläche der Sonne und in der Sonnen-Korona (der „Atmosphäre“ der Sonne) sind sehr dynamisch und es kommt vor, dass die Magnetfeldlinien nicht gebogen sind und wieder zur Sonne zurückführen, wie bei einem bipolaren Stabmagneten, sondern offen sind und in den Weltraum hinaus führen. Aus solchen „koronalen Löchern“ können große Mengen hochenergetischer und geladener Teilchen in den Weltraum geschossen werden. Liegt die durchschnittliche Geschwindigkeit des Sonnenwindes bei 400 km/s, so kann diese bei einem Sonnensturm durchaus auch 900 km/s erreichen. Auch die Teilchendichte, also die Menge des umherfliegenden Materials des Sonnenwindes, schwangt erheblich und weist im Durchschnitt einen Wert von 6 Teilchen pro cm³ auf bei einer gemessenen Bandbreite zwischen unter einem und 100 Teilchen/cm³. Diese Teilchenwolken sind nicht nur unterschiedlich schnell und dicht, sie führen auch ihr eigenes Magnetfeld mit sich und dieses kann in Bereichen der Wolke eher positiv oder eben negativ sein. Bei dem Sonnensturm vom 10. Mai 2024 wurden von Beobachtungssatelliten Sonnenwindgeschwindigkeiten von mehr als 900 km/s gemessen, eine Teilchendichte von 30 Teilchen/cm³ mit einem partiell stark negativen Magnetfeld.

(Quelle: NOAA, Space Weather Prediction Center, www.auroraforecast.is)

Und nun kommt die Erde ins Spiel mit ihrem eigenen Magnetfeld, dass am Nordpol positiv ist. Bei einem negativen interplanetaren Magnetfeld verbinden sich die Magnetfeldlinien mit denen unseres positiven Nordpols und die geladenen Teilchen werden entlang dieser Linien in die polaren Regionen der Erde gelenkt (im Süden passiert das gleiche, dort eben mit umgekehrten magnetischen Vorzeichen). Treffen diese Teilchen nun auf Teilchen unserer Atmosphäre (meist Stickstoff und Sauerstoff), so können sie diese zum Leuchten anregen. Am häufigsten treten grüne Polarlichter auf von angeregtem Sauerstoff in atmosphärischen Bereichen ab 100 km aufwärts. Dieses tritt schon bei normalem Sonnenwind auf, ohne dass ein besonderes „Sturmereignis“ vorliegen muss. Bei einer größeren Teilchendichte und höheren Energien (Geschwindigkeit und Magnetfelddichte) werden andere Teilchen (Stickstoff) in größeren Atmosphärenhöhen (bis 300 km und mehr) angeregt und es kann gelbes, rotes, blaues und violettes Polarlicht geben. Durch die größere Höhe der Lichter sind diese auch von viel größeren, weiter nach Süden reichenden Bereichen der Nordhalbkugel zu sehen. So geschehen am 10. Mai. Der KP-Index als Indikator für die Polarlichtaktivität lag in der Nacht vom 10. auf den 11. Mai bei dem höchsten Wert von 9. Dass dieses Ereignis sich dann auch rasch wieder wandeln kann, zeigt die Beobachtung im Laufe des 11. Mai. Noch gegen 15 Uhr (Universalzeit; im Sommer MEZ -2 Stunden, im Winter MEZ – 1 Stunde) zeigten Messungen noch einen sehr stark ausgeprägten Nordlichtring (bei hoher Teilchendichte und Geschwindigkeit sowie negativem interplanetaren magnetischem Feld) und man konnte sich auf den folgenden Abend freuen! Aber schon gut sechs Stunden später waren die Parameter so verändert, dass die zu erwartende sichtbare Polarlichtzone sehr deutlich abgenommen hatte und bei weitem nicht mehr bis Mitteleuropa reichte.

(Quelle: NOAA, Space Weather Prediction Center, www.auroraforecast.is)

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Vulkanausbruch auf Island

(Stand 24.05.2024) Bis zuletzt hielt die beständige Ansammlung von Magma unter dem Svartsengi-Gebiet an und erreichte einen Wert von schätzungsweise 18 Mio m³. Täglich wurden zwischen 40 – 80 leichte Erdbebenstöße registriert, meist in der Stärke 1. Die Wahrscheinlichkeit einer Eruption ohne Vorwarnzeit oder das Aufreißen und Verfüllen einer unterirdischen Spalte (Dyke-Intrusion) mit ggf. anschließendem Lava-Austritt ist hoch. Vor einem Betreten des Gebietes wird dringlichst gewarnt. Nach wie vor sind die Straßen nach Grindavík gesperrt, bzw. nur für Menschen mit berechtigtem Interesse geöffnet (Anwohner / Anlieger).

(Stand: 03.05.2024) Bis Ende April erreichte die Magma-Akkumulation unter dem Gebiet Svartsengi einen Wert von ca. 10 Mio m³. In den vergangenen Monaten kam es bei Akkumulationen in der Größenordnung zwischen 8 – 13 Mio m³ zu einem weiteren Aufstieg der Magma in oberflächennähere Spalten (dike intrusions) oder zu Eruptionen. Bis Ende April fand noch ein anhaltender oberflächlicher Abfluss von Lava aus dem noch aktiven Krater der Kraterreihe Sundhnúkagíar statt, zudem spielt die Freisetzung vulkanischer Gase eine Rolle bei der Gefährdungsabschätzung für die Region (hier v.a. SO2). Der Austritt von Lava wie auch von Gasen nahm in den vergangenen Wochen kontinuierlich leicht ab, die Gefährdungslage insgesamt entspannt sich für die Region Grindavík allerdings nicht. Die sich südlich und südöstlich des Kraters aufbauende Lavadecke überragt die Höhe der aufgeschütteten Schutzwälle an manchen Stellen um mehrere Meter, an einer Stelle ist am 27.04. eine kleine Lavazunge bereits über einen Schutzwall geflossen.

(Bildquelle: RUV, Icelandic National Broadcasting Service)

(Stand: 12.04.2024) Die vulkanische Aktivität nahe der Stadt Grindavík im Südwesten Islands setzt sich fort. Aus einem Hauptkrater und einem kleineren Krater entlang des tektonischen Grabens Sundhnúkagíar tritt Lava aus, allerdings in weit geringerem Maße als zu Beginn des Ausbruchs vor knapp einem Monat. Die Erdbebentätigkeit in diesem Gebiet bewegt sich auf verhältnismäßig niedrigem Niveau mit vereinzelt schwachen Erdbebenschwärmen, überwiegend der Stärke 2 oder schwächer. Seit Anfang April kommt es in dem Gebiet Svartsengi erneut zu einer Landhebung, jedoch in geringerem Maße als in den Monaten zuvor (-> Karte der Oberflächenmesspunkte und Lageveränderungen des IMO). Dennoch kann von einer weiteren Akkumulation aufsteigender Magma in diesem Gebiet ausgegangen werden, nur ein Teil davon scheint durch die beiden noch aktiven Krater die Oberfläche zu erreichen. Das Thermalbad “Blaue Lagune” ist gegenwärtig wieder geöffnet und auch die Straße 43 in Richtung des Bades ist entsprechend wieder befahrbar. Weitere Straßen um den Ort Grindavík sind weiterhin nur mit Erlaubnis zu passieren.

Am Abend des 16. März ´24 kam es nach einer kurzen Phase intensiver Erdbebentätigkeit erneut zu einem Aufreißen einer etwa 3 km langen Vulkanspalte östlich des Berges Sundnúkur. In dieser Zone war auch schon im vergangenen Februar Lava ausgetreten. Die Ausdehnung des neuen Lavafeldes erreichte innerhalb weniger Tage eine Fläche von ca. 5,5 km² und erneut wurde die Straße 43, die auch zu der “Blauen Lagune” und dem Kraftwek Svartsengi führt, in Mitleidenschaft gezogen.

Laut des Isländischen Meteorologischen Dienstes (IMO) kann seit diesem Ausbruch keine signifikante Landhebung in den Gebiet mehr verzeichnet werden. Das weist darauf hin, dass die von unten aufsteigende Lava nun direkt zu den noch aktiven Kratern der Ausbruchzone gelangt und es aktuell nicht zu einer weiteren Akkumulation unter dem Gebiet Swartsengi kommt. Die Karte unten (Quelle: IMO) zeigt die Ausdehnung der Lavafelder der Ausbruchserie seit Dezember ´23 und markiert farbig die Mächtigkeit der jünsten Lavadecke (Stand 20.03.2024).

Entwicklung von 2021 bis Februar 2024

In den vergangenen Jahren gehört die Halbinsel Reykjanes zu den tektonisch und vulkanisch aktivsten Regionen der großen Vulkaninsel Island. Die Region liegt ganz im Südwesten der Insel, hier befindet sich der internationale Flughafen Keflavík, das bekannte Thermalbad “Blaue Lagune”, die bedeutende Fischereistadt Grindavík und auch die Hauptstadt Reykjavík ist nicht weit. Im März 2021 riss nach einer langen vulkanisch ruhigen Phase die Erde entlang einer Schwächezone etwas nördöstlich Grindavíks nahe des Höhenzugs Fagradalsfjall das erste Mal auf. Es folgten im Sommer 2022 und 2023 jeweils weitere Eruptionen zeitlich begrenzten Umfangs, die sich im Bereich nordöstlich des Fagradalsfjalls und des Litli-Hrútur ereigneten.

Ausbruch am 18.12.2023, Quelle: Icelandic Met Office, https://en.vedur.is/

Ende Oktober 2023 nahm die Häufigkeit und Stärke der gemessenen Erdbeben in dieser Region auf einmal deutlich zu. Über 1000 Erdbeben wurden im Tagesdurchschnitt über einen Zeitraum von mehr als 2 Wochen in der Region nördlich und nordöstlich von Grindavík verzeichnet, einige wenige erreichten die Stärke von 5, eine hohe Anzahl aber noch die Stärke zwischen 3 bis 4. Satelliten gestützte Messungen von Änderungen der Oberfläche in Höhe und Lage sowie Auswertungen von gemessenen Erdbebendaten wiesen auf aufsteigendes Magma hin. Neben einem größeren aufsteigenden Magmakörper in der Tiefe von ca. 3 – 5 km stellte man einen oberflächennahen Magmaeinfluss in einer 15 km langen Schwächezone fest, die sich bis unter die Stadt Grindavík erstreckte. Ein erneut auftretender starker Erdbebenschwarm führte am 10. November zu der Entscheidung der Katastrophenschutzbehörde, die Stadt Grindavík zu evakuieren und die zuführenden Straßen weiträumig zu sperren, da ein Vulkanausbruch unmittelbar bevorzustehen schien.

Die Häufigkeit und Stärke der gemessenen Erdbeben hat sich in der folgenden Zeit zwar deutlich verringert, Messungen und anhaltenden Oberflächenveränderungen wiesen aber nach wie vor auf weiterhin aufsteigendes Magma hin. Die latente Gefahr eines Vulkanausbruchs war weiterhin vorhanden, das Gefahrenpotential schien aber geringer zu werden, zudem wiesen die Daten eher darauf hin, dass ein möglicher Ausbruch doch in einiger Entfernung von Grindavík geschehen würde. Am 17. Dezember wurde schließlich auch das Thermalbad “Blaue Lagune” wieder eröffnet.

Am Abend des 18. Dezember um 22.17 Uhr Ortszeit riss der Boden entlang einer etwa 4 Kilometer langen Spalte auf, glühende Lava floss aus und schoss teils in hohen Fontänen aus dem Boden. Das südwestliche Ende der Vulkanspalte liegt etwa 3 Kilometer nordöstlich von Grindavík. In Länge der Spalte wie auch in Menge der austretenden Lava ist der Beginn dieses Ausbruchs deutlich stärker als die Eruptionen der vergangenen Jahre. Insgesamt dauerte die eruptive Phase ungefähr eine Woche. Die Lava ergoss sich in einem relativ flachen Bereich östlich der Erhebung Stóra Skógfjell in unbesiedeltes Gebiet.

Ausdehnung der Lava bis 19.12.2023, Quelle: Icelandic Met Office, https://en.vedur.is/

In der Folgezeit nahm die Erdbebenhäufigkeit und -stärke deutlich ab. Eine deutlich messbare Hebung der Oberfläche unter dem Gebiet um das Kraftwerks Svartsengi nahe der Blauen Lagune weist aber auf einen andauernden Zufluss von Magma hin. Gegen 3 Uhr morgens am 14. Januar 2024 wurde erneut ein starker Anstieg der Erdbebentätigkeit verzeichnet und gegen 8 Uhr riss ein Spalt südöstlich des Berges Hagafell auf, nur einen knappen Kilometer vom Ortsrand Grindavíks entfernt. Ein großer Teil der austretenenden und nach Süden in Richtung Ort fließender Lava konnte durch einen in den letzten Wochen errichteten Erdwall in Richtung Westen umgelenkt werden. Der südliche Teil der Vulkanspalte lag jedoch noch näher an Grindavík und die hier austretende Lava erreichte am Nachmittag den Ort und entzündete einige Gebäude. Der unvermittelte Ausbruch dauerte nur einen Tag, die allerdings weiterhin andauernde Veränderung der Oberfläche in Höhe und Lage deutet allerdings auf die hohe Wahrscheinlichkeit weiterer vulkanischer Aktivität im direkten Umfeld der Stadt Grindavík hin.

Lavazunge in Grindavík am 15.01.2024, Quelle: https://livefromiceland.is/webcams/
Ausdehnung der Lava bis 14.01.2024 nachmittags, Quelle: Icelandic Met Office, https://en.vedur.is/

Der nur kurzen eruptive Phase folgte eine weitere Akkumulation von Magma unter dem Gebiet Svartsengis bei nur geringer Erdbebentätigkeit. Mit einer Vorlaufzeit von nur 30 Minuten vor einem erneuten Ausbruch am Morgen des 8. Februar wurde ein Erdbebenschwarm in diesem Gebiet verzeichnet. Die Schwäche der Erdstöße und die geringe Zeit bis zur Eruption weisen darauf, dass die Lava bereits sehr nahe der Oberfläche ansteht. Die ausgeflossene Lava bedeckte einen Bereich nordwestlich und südöstlich einer ca 3 km langen Spalte (rote Linie auf der Karte unten) und erreichte im Westen die Straße 43 nach Grindavik und die Straße 426 in Richtung des Bades “Blaue Lagune”. Die folgende Karte zeigt die satellitengestützte Messung der Oberflächenänderung für den Zeitraum 7. – 8. Februar sowie die Ausdehnung der Lavafelder der aktuellen Ausbruchserie südlich des Sýlingarfell (dunkelgrau und schwarz) sowie die Lavafelder der Ausbruchserien von März 2021 bis August 2023 in der Region Fagradalsfjall.

Quelle: Icelandic Met Office, https://en.vedur.is/

Messungen der Oberflächenveränderung nach dem Ausbruch am 8. Februar zeigten, dass sich nach wie vor Magma unter dem Svartsengi-Gebiet ansammelt. Die Hebung des Geländes beträgt wie vor dem Ausbruch 0,5 – 1 cm pro Tag. Sehr wahrscheinlich wird es daher in den folgenden Wochen zu weiteren oberflächennahen Magmaintrusionen bis hin zu Eruptionen mit Lavaausfluss kommen.

Weitere Neuigkeiten und Informationen bietet das Icelandic Met Office auf seiner Internetseite.

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