Vulkane haben seit Jahrtausenden blinde Menschen und verlassen ganze Städte nach Lust und Laune ihrer verheerenden Eruptionen. Aber im Vergleich zu anderen Formen von Naturkatastrophen bieten Vulkane tatsächlich eine Vielzahl von leisen Hinweisen, die zu ihrer Zerstörung führen. Dank der neuen Entwicklungen bei Vulkanüberwachungssystemen können Wissenschaftler Ausbrüche jetzt genauer als je zuvor ausspähen, vorhersagen und planen.
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„Wir sind jetzt in der Lage, Vulkane mit präzisen Instrumenten zu überwachen, welche Arten von Gasen emittiert werden. Dies gibt uns einen Hinweis darauf, wo sich Magma im System befindet“, sagt Marie Edmonds, Vulkanologin an der Universität von Cambridge arbeitet seit ungefähr 15 Jahren unter rauchenden Vulkanen. "Wir können Trends in den Daten sehen, die sich auf Eruptionen beziehen, die gerade passieren werden."
Edmonds ist Teil einer internationalen Gruppe namens Deep Carbon Observatory, die daran arbeitet, bis 2019 neu entwickelte Gassensoren auf 15 der 150 aktivsten Vulkane der Erde zu platzieren, um ihre Fähigkeit zu verbessern, verschiedene Arten von Eruptionen weltweit vorherzusagen. Letzte Woche hat das Deep Carbon Observatory eine interaktive Visualisierung veröffentlicht, die zum Teil vom Global Volcanism Program der Smithsonian Institution unterstützt wird und der Öffentlichkeit ermöglicht, Visualisierungen historischer Vulkandaten zu beobachten, die sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln.
Die Visualisierung ermöglicht es den Zuschauern, den Einsatz neuer Sensoren mitzuverfolgen. Diese Sensoren messen kontinuierlich Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Wasserdampf, die aus Vulkanen rauchen, und sind in großen Kisten untergebracht und mit Antennen an der Oberfläche unter der Erde vergraben. In den letzten Jahren wurden sie durch Fortschritte in der Elektronik präziser und erschwinglicher, sodass Wissenschaftler sie weltweit häufiger einsetzen können.
Die Platzierung dieser Sensoren auf aktiven Vulkanen ist jedoch nicht ungefährlich. Die Forscher müssen reflektierende Anzüge tragen, um ihre Haut vor übermäßiger Hitze zu schützen, und Gasmasken, um ihre Lunge vor dem Einbrennen korrosiver Gase zu schützen - manchmal nach langen Wanderungen durch entlegene Regionen, um eine Stelle zu erreichen. Laut Edmond lohnen sich jedoch die gefährlicheren Teile der Arbeit, da diese Arbeit potenziell für gefährdete Bevölkerungsgruppen von Nutzen ist.
"Es ist großartig zu wissen, dass Sie etwas tun, um Menschen tatsächlich zu helfen", sagt Edmonds. "Du denkst darüber nach, was du tust, weil es manchmal gefährlich ist, aber es macht mir wirklich Spaß."
Der Vulkanologe Tobias Fischer von der University of New Mexico wandert die steile Kraterwand des stark entgasenden Vulkans Gareloi auf den westlichen Aleuten hinunter, um eine Vulkangasprobe zu entnehmen. (Taryn Lopez, Universität von Alaska Fairbanks) Im vergangenen Monat haben Forscher des Edmonds-Teams einen ihrer Sensoren an einer Drohne angebracht und die Emissionen eines abgelegenen Vulkans in Papau-Neuguinea über einen kurzen Zeitraum gemessen. Dies demonstrierte eine weitere kürzlich entwickelte Technik zur Erfassung von Schnappschüssen vulkanischer Aktivität. Diese Schnappschüsse werden über eine Reihe verschiedener Vulkantypen gesammelt und helfen Wissenschaftlern, die Komplexität der Aktivitäten, die zu einem Ausbruch führen, besser zu verstehen. (Drohnen können jedoch keine Langzeitmessungen durchführen.)
Gassensoren helfen bei der Vorhersage von Eruptionen, da bei steigendem Magma die daraus resultierende Druckfreisetzung über den Köpfen die im Magma gelösten Gase entkorkt. Kohlendioxid strömt relativ früh aus und wenn das Magma höher schlängelt, beginnt das Schwefeldioxid auszudampfen. Die Forscher verwenden das Verhältnis dieser beiden Gase, um zu bestimmen, wie nah das Magma an der Erdoberfläche ist und wie bald ein Ausbruch droht.
Wenn Magma aufsteigt, dringt es auch durch Felsen in der Kruste und verursacht winzige Erdbeben, die normalerweise nicht von Menschen über uns wahrgenommen werden, die jedoch mit empfindlichen seismischen Geräten entdeckt werden können. Das Team von Edmonds kombiniert häufig Gassensoren mit seismischen Stationen und verwendet die Daten zusammen, um Vulkane zu untersuchen
Robin Matoza, ein Forscher an der Universität von Kalifornien in Santa Barbara, der nicht an Edmonds Forschungen beteiligt ist, ist sich einig, dass der technologische Fortschritt in den letzten Jahren die Fähigkeit der Forscher, das Innenleben von Vulkanen und das Verhalten, das zu Ausbrüchen geführt hat, drastisch verbessert hat. An Orten, an denen sein Team früher nur wenige seismische Stationen hatte, können jetzt aufgrund der geringeren Größe und der besseren Erschwinglichkeit der Technologie 10 oder mehr installiert werden. Die Fähigkeit, die gesammelten Daten zu berechnen, hat sich laut Matoza in den letzten Jahren ebenfalls verbessert.
„Jetzt können wir problemlos jahrelange seismische Daten auf einem kleinen Flash-Laufwerk speichern“, sagt Matoza, der seismische Signale untersucht, die von Vulkanen vor Ausbrüchen abgegeben wurden. „So können wir diese großen Datenmengen problemlos abfragen und mehr über die darin enthaltenen Prozesse erfahren.“
Forscher in Marie Edmonds Team bereiten sich darauf vor, ihre Drohne nach einem Flug durch die Gaswolke des Vulkans Ulawun in Papau-Neuguinea zu landen. Während des Fluges haben an der Drohne montierte Instrumente die Gasverhältnisse in der Gasfahne gemessen. (Kila Mulina, Rabaul Volcano Observatory, Papua-Neuguinea) Um die Informationen zu Erdgas und Erdbeben in größerem Maßstab zu ergänzen, verwenden die Forscher Satelliten, um Eruptionen von oben zu untersuchen. Vulkanologen am Alaska Volcano Observatory in Anchorage und in Fairbanks erfassen regelmäßig diese Reihe von Gas-, Erdbeben- und Satellitendaten, überwachen rund 25 Vulkane im gesamten Bundesstaat und warnen die Anwohner frühzeitig.
Zum Beispiel veröffentlichten sie in den Monaten vor dem Ausbruch des Mount Redbout im Jahr 2009, etwa 180 km südwestlich von Anchorage, eine Reihe von Warnungen. Sie arbeiten auch eng mit der Federal Aviation Administration zusammen, um die Luftfahrtgefahren bei Ausbrüchen zu erkennen.
Im Laufe der Zeit sind sich die Forscher einig, dass Satelliten für die Datenerfassung in großen Regionen immer nützlicher werden. Derzeit sind Satelliten jedoch ungenauer und nicht so zuverlässig wie die anderen Tools. Dies liegt zum Teil daran, dass sie Daten nicht so schnell erfassen und bei bewölktem Wetter nicht gut funktionieren.
„Sie können einen Satelliten über einen Vulkan führen und er kann von Wolken verdeckt werden“, sagt Matt Haney, Vulkanologe am Alaska Volcano Observatory. "Ich stelle mir vor, dass es in Zukunft neue Satelliten geben wird, die noch leistungsstärker werden."
Trotz der Herausforderungen dieser Arbeit, sagt Edmonds, ist es möglicherweise einfacher, Vulkanausbrüche als einige andere Gefahren vorherzusagen, da es im Vergleich zu bestimmten Erdbeben und anderen abrupten Katastrophen eine Reihe von Warnzeichen gibt, die den Ausbrüchen vorausgehen. Und während die Forscher möglicherweise noch nicht auf den Tag oder die Stunde genau vorhersagen können, dass ein Ausbruch auftreten wird, bewegen sie sich mit der schnell fortschreitenden Technologie in diese Richtung.
„Je mehr Instrumente und Sensoren vorhanden sind, umso mehr tragen sie zu unserer Toolbox bei“, sagt Edmonds. "Wir sind einen Schritt näher."
