Zusammenfassung

Unter der Eifel schlummern mehrere Hundert Vulkane. Sie sind typische Vertreter sogenannter Verteilter Vulkanfelder. Um deren Entstehung und Aktivität besser zu verstehen, haben Forschende des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung und Partnerinstitutionen in dieser Region zwischen September 2022 und August 2023 das größte seismologische Vulkan-Experiment in Deutschland durchgeführt: Mit über 500 Messstationen und einem 64 Kilometer langen Glasfaserkabel gelang erstmals eine hochauflösende Abbildung der Strukturen unter den Eifelvulkanen. Die neuen Daten zeigen die bislang genaueste Darstellung des Magmareservoirs, das den Ausbruch des Laacher Sees vor 13.000 Jahren verursacht hatte. Es ist tiefer gelegen und anders ausgerichtet als bisher angenommen. Überraschende Erkenntnisse gibt es auch zu Tausenden Mikrobeben aus jüngster Zeit und möglichen Fluidansammlungen in der Kruste. Die Ergebnisse bieten wichtige Grundlagen, um vulkanische Prozesse und mögliche Gefahren in der Region künftig präziser zu bewerten. Die Forschenden um Prof. Dr. Torsten Dahm haben ihre Studien in drei Publikationen in den Fachjournalen Seismica, Journal of Geophysical Research und Geophysical Journal International zusammengefasst.

Hintergrund: Verteilte Vulkanfelder 

Verteilte Vulkanfelder sind eine wenig erforschte Form des Vulkanismus innerhalb kontinentaler Platten. Sie zeichnen sich durch eine große Anzahl von Vulkanen und Maaren aus, die sich über eine Fläche von 1.000 bis 10.000 km² verteilen. Sie finden sich zum Beispiel in der Eifel, im mittelfranzösischen Massif Central (z.B. Chaîne de Puye), in Arizona, USA (San Francisco Volcanic Field), aber auch in China oder Neuseeland (Auckland Volcanic Field). In den meisten Fällen ist jeder der Vulkane nur einmal aktiv; die folgenden Eruptionen finden dann an einem anderen Ort statt. Um die Gefahr durch diese Art des Vulkanismus besser einschätzen zu können, ist es wichtig, das magmatische System von der Manteltiefe bis zur oberen Kruste abzubilden und Reservoire zu kartieren, in denen sich Magmen ansammeln und aufsteigen können, die möglicherweise zu einzelnen Ausbrüchen führen können.

Seismologisches Großexperiment in der Eifel

Um diese Fragen zu untersuchen, hat das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung zusammen mit Universitäten und Erdbebendiensten aus Deutschland und Luxemburg von September 2022 bis August 2023 ein seismologisches Großexperiment in den Vulkanfeldern der Eifel durchgeführt. Es wurde geleitet von Prof. Dr. Torsten Dahm, Leiter der GFZ-Sektion 2.1 „Erdbeben- und Vulkanphysik“. Die Forschenden nennen diese Art Experiment „Large-N“, weil dabei eine große Anzahl (N) seismischer Messstationen zum Einsatz kommen. In diesem Fall waren es mehr als 500. Ihre Daten wurden kombiniert mit denen eines weiteren innovativen Verfahrens, der akustischen Sensorik entlang eines 64 Kilometer langen, ungenutzten Glasfaserkabels. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Lichtsignale durch Glasfaserkabel sehr sensibel auf kleinste Spannungen in der Glasfaser reagieren, die durch mechanische Spannungen oder Temperaturänderungen der Umgebung ausgelöst werden.

Das Large-N-Experiment in der Eifel ist das größte dieser Art, das jemals in Deutschland durchgeführt wurde. Es ermöglichte Stationsabstände von teilweise weniger als zwei Kilometern. Dadurch konnten erstmalig hochauflösende Untergrunduntersuchungen direkt unter den Vulkanen der Eifel durchgeführt werden. Die nun veröffentlichten Ergebnisse bestätigen einerseits bisherige Vermutungen über den Aufbau und Zustand der Vulkane in der Eifel, decken aber auch Unerwartetes auf.

Überraschende neue Einblicke in die Strukturen unter dem Laacher See

Hochauflösende tomographische Abbildungen des Untergrundes zeigen erstmals die Lage, Position und Tiefe des Magmareservoirs, das den Ausbruch des Laacher Sees vor 13.000 Jahren verursacht hatte. Die wenige Tage dauernde Hauptphase des Ausbruchs war hochexplosiv und hatte bei Mendig, südlich des Laacher Sees, mächtige Asche- und Glutlawinen-Ablagerungen erzeugt. Bisher konnte nur indirekt aus Untersuchungen der Mendiger Tephraschichten, also überirdisch zugänglichen Vulkanascheablagerungen, auf die Größe und Tiefe der Magmakammer unter dem Laacher See geschlossen werden. 

Die seismische Tomographie zeigt eine Anomalie der seismischen Geschwindigkeiten unter dem Laacher See bis in zehn Kilometer Tiefe, deutlich tiefer als bisher vermutet.  Überraschenderweise fällt die Anomalie nicht senkrecht nach unten ein, sondern schräg in Richtung des Neuwieder Beckens, wo sich auch die meisten Mikrobeben in der Vulkaneifel anhäufen. 

Lokalisation von über tausend Mikrobeben

Mithilfe des außergewöhnlichen Datensatzes konnten in einem Jahr mehr als tausend Mikrobeben lokalisiert werden. Die meisten dieser Beben traten entlang einer schmalen, vertikalen Zone zwischen Ochtendung und dem Laacher See auf. Es gibt aber auch Erdbebencluster, welche in den Randbereichen der seismischen Geschwindigkeitsanomalien auftraten. Das hat die Forschenden überrascht, da dies auf eine erhöhte Temperatur in diesen Bereichen hindeuten könnte.

„Ungewöhnlich sind auch die starken Reflexionen seismischer Wellen an Schichtgrenzen in der oberen und unteren Kruste unter dem Neuwieder Becken“, sagt Torsten Dahm, der Leiter des Eifel-Large-N-Experiments. „Die Stärke der Reflexionen deutet darauf hin, dass sich Fluide in diesen Schichten angesammelt haben. Ob es sich dabei um Magma oder magmatische Fluide handelt, ist noch nicht geklärt und soll mithilfe verbesserter Auswertemethoden untersucht werden.“

Originalpublikationen:

Dahm, T., Isken, M., Milkereit, C., Sens-Schönfelder, C., et al (2025). A seismological large-N multisensor experiment to study the magma transfer of intracontinental volcanic fields: The example of the Eifel, Germany. Seismica, 4(2). 
https://doi.org/10.26443/seismica.v4i2.1492

Zhang, H., Dahm, T., Haberland, C., Isken, M. P., Lauman, P., Buyukakpinar, P. (2025): The upper crustal structure of the Eifel volcanic region (southwest Germany) from local earthquake tomography using Large-N seismic network data. - Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 130, 11, e2025JB031338.
https://doi.org/10.1029/2025JB031338

Laumann, P., T Dahm, G Petersen, P Buyukakpinar, H Zhang, M Isken, B Schmidt, Microseismicity Reveals Fault Activation and Fluid Processes Beneath the Neuwied Basin and Laacher See Volcano, East Eifel, Germany, Geophysical Journal International, 2025; ggaf475, 
https://doi.org/10.1093/gji/ggaf475