Der Vulkan Merapi in Zentraljava gehört zu den aktivsten Vulkanen der Welt. In seinem unmittelbaren Umfeld leben mehr als 2 Millionen Menschen. Er wurde deswegen im Rahmen der Internationalen Dekade zur Reduktion der Wirkungen von Naturkatastrophen (IDNDR) als einer von 15 so genannten Hochrisikovulkanen ausgewählt. Nationale und internationale Forschergruppen aus Frankreich, Amerika, den Niederlanden, Japan und Deutschland arbeiten am Merapi, um die ablaufenden Prozesse zu verstehen und die Möglichkeiten für Frühwarnsysteme zu verbessern. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden von 1997 bis 2000 wiederholt hochgenaue Schweremessungen in einem geodätischen Netz, das aus 23 Stationen besteht, durchgeführt. Für die Schweremessungen wurden in jeder Kampagne vier LaCoste&Romberg Gravimeter benutzt. Zeitgleich mit den Schweremessungen wurden die Höhenänderungen auf den Beobachtungspunkten gemessen, um aus den Schwereänderungen auf Massenänderungen im Untergrund des Vulkans zu schließen. Das Thema der vorliegenden Arbeit ist neben der Beschreibung dieser Messungen die Entwicklung von Werkzeugen zur Interpretation der beobachteten Schwereänderungen und deren Anwendung. Dazu wurden in einem wesentlichen Teil der Arbeit Computerprogramme mit Hilfe von MATLAB entwickelt, welche die Berechnung des vertikalen gravitativen Effekts einfacher geometrischer Körper wie Kugel, Gänge oder dicke vertikale Zylinder ermöglichen. Zur Interpretation der Messergebnisse werden mit diesen Körpern vier Vulkanmodelle simuliert, die aus der Literatur entnommen wurden. Die einfachsten Modelle bestehen aus einer Kugel in 8600 m Tiefe mit Radius r = 137 m und einem Fördergang, der unter verschiedenen Winkeln einfällt. Dieses Modell wurde aus Deformationsbeobachtungen abgeleitet. Da dieses Modell im Grunde nur eine 2-dimensionale Modellierung der Schwereänderungen erlaubt, wird der Fördergang in einem weiteren Schritt durch einen vertikalen Zylinder ersetzt. Diese Modelle können jedoch nur die Schwereänderungen auf den Beobachtungsstationen am Kraterrand erklären. Es wird dabei gezeigt, dass mit ihnen aber sehr gut die zeitliche Änderung des Magmastandes im Förderschlot abgeschätzt werden kann. Es wird dazu eine graphische Methode entwickelt. Schwereänderungen auf Stationen, die mehr als 2 km vom Kraterrand entfernt sind, können jedoch nicht damit erklärt werden. Zur Interpretation dieser Schwereänderungen wurde deswegen in einem weiteren Abschnitt der Arbeit ein Vulkanmodell entwickelt, das auf den Ergebnissen elektromagnetischer Sondierungsmethoden (LOTEM, Magnetotellurik) beruht. Schichten hoher und niedriger Leitfähigkeit werden dabei durch konzentrische, vertikale Zylinder dargestellt, deren Achsen im Kratermittelpunkt liegen. Die Dichteänderungen in diesen Zylindern werden durch eine lineare Optimierungsmethode ermittelt, wobei zusätzliche Randbedingungen eingeführt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Dichteänderungen vornehmlich in einer Entfernung von 2-4 km vom Vulkan auftreten, in dem Bereich, in dem auch die größten Änderungen des hydrothermalen Systems des Vulkans zu beobachten sind. Es wird daher daraus geschlossen, dass die Dichteänderungen mit Änderungen des hydrothermalen Systems im Zusammenhang stehen. Insgesamt wird mit dieser Arbeit gezeigt, dass die genaue Erfassung von zeitlichen Schwereänderungen in Verbindung mit anderen geophysikalischen Sondierungsmethoden einen signifikanten Beitrag zur Analyse vulkanischer Prozesse liefert. | Deutsch |