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Vulkane bedrohen das Leben von Millionen von Menschen. Frühe Anzeichen von Eruptionen könnten dazu beitragen, einen besseren Umgang mit der Gefahr zu finden. Bislang bleiben Vulkanausbrüche aber weitgehend unverhersehbar.
Neue Indikatoren für Ausbrüche werden dringend benötigt. Zudem wäre es bei vielen Vulkanen interessant, vergangene Aktivitäten zu rekonstruieren.
Vor kurzem konnten anhand von Satellitenbildern, sowohl am Mt. Ätna (Italien), als auch am Mt. Nyiragono (Kongo) erhöhte Photosynteseraten an genau den Stellen beobachtet werden, an welchen drei bis vier Jahre später Flankeneruptionen auftraten.
Die Zusammenhänge zwischen erhöhter Photosynthese und künftigen Eruptionen sind zur Zeit noch unklar; eine Hypothese ist, dass über das Magma Gase im Untergrund in die Böden gelangen, welche das Pflanzenwachstum fördern.
Erste Baumringanalysen vom Mt. Ätna zeigen, dass Bäume durch vulkanische Aktivität vor dem Ausbruch beeinflusst werden und daher 1) als frühe Indikatoren für Eruptionen, und 2) zur Rekonstruktion vergangener Ausbrüche verwendet werden könnten.
Unsere wichtigsten Forschungsfragen sind daher:
- Können Bäume als Indikatoren für vergangene- und bevorstehende Vulkanausbrüche verwendet werden?
- Welche natürlichen Faktoren beeinflussen das Baumringwachstum in vulkanischen Gebieten in welchem Ausmass?
- Wie stark veränderten sich diese Faktoren während der letzten 100 bis 150 Jahre, und welchen Einfluss hatten diese Veränderungen auf das Wachstum der Jahrringe der Bäume?
Erste Resultate einer Pilotstudie am Mt. Ätna (Sizilien, Italien) haben ergeben, dass Bäume (nicht alle Bäume und nicht an allen Standorten) einige Jahre vor Vulkanausbrüchen ein erhöhtes Wachstum aufweisen.
Diese Studie lieferte erste Resultate über das Jahrring-Wachstum, ∂13C, ∂18O und 14C in den Bäumen; und erste Versuche, diese Resultate mit den Zeitreihen der Vulkanausbrüche und den Daten von drei gebietsnahen Wetterstationen zu korrelieren, wurden unternommen.
In unserem Forschungsdesign sind Beprobungen entlang von 6-12 Höhentranssekten in der Nähe jüngerer Eruptionsstellen geplant (Vegetation: pinus nigra). Zusätzlich sollen nahegelegene Standorte ohne vulkanische Aktivität (Monte Nebrodi) als Kontrollstandorte dienen.
Die Untersuchungen zielen auf die verschiedenen Faktoren ab, welche das erhöhte Baumwachstum verursachen könnten: a) Wasserverfügbarkeit, b) Nährstoffe, c) Ausgasen von Kohlendioxid (CO2) oder Ammonium (NH4) und d) das Klima (Temperatur und Niederschlag).
Jeder dieser Faktoren hat einen anderen Einfluss auf die physiologischen Prozesse und die Photosynthese der Bäume. Erste Resultate haben bereits gezeigt, dass unter mediterranen Bedingungen um den Ätna zwischen Klima und Baumwachstum nur eine schwache Korrelation besteht, und dass andere Faktoren (Grundwasser, Nährstoffe etc.) von grösserer Bedeutung sein müssen. Aus diesem Grund werden die folgenden Untersuchungen an den Standorten Ätna und Monti Nebrodi durchgeführt: i) Jahrringanalyse (Mächtigkeit der Ringe) mit jährlicher Auflösung, ii) 14N/15N und 12C/13C Isotopenanalyse und REE (rare earth elements) der Jahrringe, iii) 14C Analyse der Jahrringe (falls Bäume CO2 aus vulkanischem Gas aufnehmen, sollte dies in den Jahrringen über die 14C-Resultate (14C tot) ersichtlich sein), iv) ∂18O Analysen der Jahrringe, um unterschiedliche Wasserquellen (Niederschlagswasser oder Grundwasser, und Wasser von ausgasendem Magma) festzustellen. ∂13C und ∂18O können Einflüsse im Zusammenhang mit Wasser von anderen Umwelteinflüssen separieren; da ∂18O von im Wasserkreislauf ablaufenden Prozessen stärker beeinflusst wird als unter biochemischen Veränderungen., v) Korrelationen von Klimadaten (Lufttemperatur und Niederschlag) mit Jahrring-Wachstum, vi) Bodentemperatur, und vii) ∂13C und pMC von organischen Bodenfraktionen (, um kurzzeitliche Einflüsse von Umweltveränderungen festzustellen, nämlich die Aufnahme von organischem Material unter veränderten ∂13C- und 14C Bedingungen) und REE –Gehalt in den Böden.
Die Resultate sollen dazu beitragen, den Vulkanausbrüchen vorausgehende Prozesse besser zu verstehen, und die Reaktion des Ökosystems auf diese Prozesse darzulegen.
Sollte es tatsächlich möglich sein zu zeigen, dass Bäume als Indikatoren für Vulkanausbrüche verwendet werden können, hätte diese Entdeckung eine grosse Bedeutung für die Gefahrenbeurteilung und das Gefahrenmanagement.