Bodenbewegungsdatenanalyse am Paka Vulkan in Kenia
Beitrag zum Projekt:
- GEOTHERM - Programm zur Förderung der Nutzung geothermischer Energie (Phase II)
- GEOTHERM Programme – Promoting the Use of Geothermal Energy (Phase II)
| Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe startete zusammen mit der kenianischen Geothermal Development Company (GDC) im Rahmen des BMZ Sektorvorhabens „GEOTHERM – Programm zur Förderung der Nutzung geothermischer Energie“ im Jahr 2013 ein Projekt am Paka Vulkan in nördlichen Rift Valley (Abb.1). Kernkomponente des Projektes ist die Detektion von Bodenbewegungen, die mit der Aktivität des Paka Vulkans in Verbindung stehen. Im Rahmen des Projektes soll auch die Entstehungsgeschichte der vulkanischen Sequenzen untersucht und eine Strukturanalyse durchgeführt werden. |
Die verschiedenen Aufgaben werden realisiert durch zwei InSAR Studien für (1) März bis Oktober 2013 anhand von TerraSAR-X Daten und (2) für die Jahre 2006 bis 2010 anhand von Envisat-ASAR Daten. Des Weiteren wurde eine Altersdatierung von insgesamt 32 verschiedenen Lavaströmen und pyroklastischen Ablagerungen zur Untersuchung der vulkanischen Sequenzen durchgeführt und ein hochgenaues digitales Geländemodell basierend auf Pléiades Satellitendaten mit einer Auflösung von 4 Metern für die Strukturanalyse erstellt.
InSAR (Radarinterferometrie) nutzt den Phasenunterschied von mindestens zwei Radaraufnahmen, akquiriert aus unterschiedlichen Satellitenpositionen und zu unterschiedlichen Aufnahmezeitpunkten (Bamler & Hartl, 1998), um Bodenbewegungen zu detektieren. Für die hier vorliegenden Studien wurde die SBAS (Small Baseline Subset) Prozessierungsmethode verwendet. Mit dieser Prozessierungsmethode können bereits geringe Oberflächenveränderungen hochauflösend erfasst und Atmosphäreneinflüsse minimiert werden. Liegen mehrere Aufnahmen vor, kann eine Zeitserienanalyse durchgeführt werden. Hier können einzelne Punkte über den gesamten Zeitraum in jeder Aufnahme detektiert und die Lageveränderung des jeweiligen Punktes nachverfolgt werden.
| Für die Analyse der Envisat-ASAR Daten für den Zeitraum zwischen 2006 und 2010 standen elf Aufnahmen zur Verfügung. Die Auswertung dieser Radardaten zeigt, dass auf der östlichen Flanke des Paka Vulkans eine Bodenbewegung stattfindet, während das restliche Gebiet stabil bleibt (Abb. 2). Eine Zeitserienanalyse von 5 ausgewählten Punkten aus dem Gebiet der Bewegung zeigt, dass es sich um eine nicht-lineare Bewegung handelt. Zu Beginn der Datenaufzeichnung wird eine Hebung von ca. 21 cm detektiert, welche zwischen Februar 2008 und Oktober 2009 endet. Für den anschließenden Zeitraum von Oktober 2009 bis September 2010 bleibt das Gebiet stabil und zeigt keine Bodenbewegungen. |
| Für die Analyse der TerraSAR-X Daten wurden 17 Aufnahmen speziell für diese Studie akquiriert. Auch in dieser Studie wurde eine Bodenbewegung auf der östlichen Flanke des Paka Vulkans festgestellt, während im restlichen Gebiet keine Bewegung detektierbar ist. (Abb. 3). Die Zeitserienanalyse zeigt, dass es sich wieder um eine nicht-lineare Bewegung handelt. Zur besseren Analyse der Bewegung wurden fünf Punkte im Bereich des Gebietes mit Oberflächenveränderung ausgewählt und als Zeitserie dargestellt. Zu Beginn der Datenaufzeichnung ist zwischen März und Juli 2013 eine Absenkung von ca. 20 mm detektiert, gefolgt von einer kurzen Phase der Stabilität und dem Übergang zu einer Hebung von ca. 5 mm zwischen August und Oktober 2013. |
Während eines Geländeaufenthaltes im Februar 2014 wurden 32 Proben von verschiedenen Lavaströmen und pyroklastischen Ablagerungen genommen. Die Lokalitäten zur Probennahme wurden anhand der Geologischen Karte (Abb. 4) und eines Landsat TM Satellitenbildes ausgewählt. Im Anschluss wurden die Proben mittels der 40Ar/39Ar-Methode datiert. Die Ergebnisse zeigen, dass es am Paka Vulkan drei Phasen mit verstärkter vulkanischer Aktivität gab:
- zwischen 0,428 und 0,372 Ma,
- zwischen 0,160 und 0,126 Ma und
- zwischen 0,039 und 0,012 Ma.
In den Zeiträumen dazwischen gab es ebenfalls eine vulkanische Aktivität, diese war jedoch wesentlich weniger stark ausgeprägt.
Abbildung 4 zeigt die Lokalitäten der Probennahme und die zugehörigen Alter der Proben aufgetragen auf die geologische Karte. Die Verteilung der zeitlich nacheinander entstandenen Lavaströme folgt keinem bestimmten Muster. Die Alter korrelieren teilweise nicht mit der Abfolge der Einheiten der geologischen Karte und erfordern daher weitergehende Untersuchungen.
Abb.4: Ergebnisse der Altersdatierung mittels der 40Ar/39Ar-Methode von 32 Proben, aufgetragen auf die geologische Karte des Paka Vulkans (verändert nach Dunkley et al. 1993)
Quelle: BGR
Für die strukturgeologische Auswertung wurde im Rahmen des Projektes ein hochauflösendes Geländemodell aus Pléiades Satellitendaten mit einer räumlichen Auflösung von 4 Metern erstellt. Abbildung 5 zeigt eine Reliefkarte der Geländeoberfläche.
Abb. 5: Reliefkarte des Paka Vulkans (Azimut 270; Einfallswinkel 45). Deutlich sichtbar sind die verschiedenen Strukturen wie z.B. das Störungssystem auf der östlichen Flanke, die Kaldera im Zentrum des Bildes sowie einzelnen Lavaströme
Quelle: BGR
In dieser Darstellung können die im Untersuchungsgebiet vorhandenen Strukturen wie z.B. die Kaldera des Paka Vulkans im Zentrum des Bildes, einzelne Lavaströme oder Störungssysteme deutlich erkannt werden. Anhand des Geländemodells, zusammen mit einer Landsat TM Aufnahme, wurden die Störungen im Arbeitsgebiet kartiert und digitalisiert. Das Störungssystem am Paka Vulkan streicht NNE-SSW und verläuft parallel zur Richtung des Ostafrikanischen Grabenbruchs. Das grabenparallele Störungssystem bildet eine Horst und Graben Struktur, die typisch ist für Regionen mit Extension. Aufgrund der sehr guten räumlichen Auflösung kann das Geländemodell außerdem für den Ausbau der Infrastruktur im Gebiet des Paka Vulkans genutzt werden.