OBEN – Jenseits: Neue Drohnentechnologie verbessert die Fähigkeit zur Vorhersage von Vulkanausbrüchen.

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Speziell angepasste Drohnen, die von einem internationalen Team unter der Leitung des University College London entwickelt wurden, haben Daten von noch nie zuvor erforschten Vulkanen gesammelt, die es den lokalen Gemeinschaften ermöglichen, künftige Ausbrüche besser vorherzusagen.

Die Spitzenforschung am Vulkan Manam in Papua-Neuguinea verbessert das Verständnis der Wissenschaftler darüber, wie Vulkane zum globalen Kohlenstoffkreislauf beitragen, der für den Erhalt des Lebens auf der Erde von entscheidender Bedeutung ist.

Die Ergebnisse des Teams, die in Science Advances veröffentlicht wurden, zeigen zum ersten Mal, wie es möglich ist, Messungen aus der Luft, der Erde und dem Weltraum zu kombinieren, um mehr über die unzugänglichsten, hochaktiven Vulkane auf dem Planeten zu erfahren.

An dem Projekt ABOVE waren Spezialisten aus Grossbritannien, den USA, Kanada, Italien, Schweden, Deutschland, Costa Rica, Neuseeland und Papua-Neuguinea beteiligt, die sich mit Vulkanologie und Luft- und Raumfahrttechnik befassten.

Sie schufen gemeinsam Lösungen für die Herausforderungen bei der Messung von Gasemissionen aus aktiven Vulkanen, indem sie modifizierte Langstreckendrohnen einsetzten.

Durch die Kombination von In-situ-Luftmessungen mit den Ergebnissen von Satelliten und bodengestützten Fernsensoren können die Forscher einen viel reichhaltigeren Datensatz als bisher möglich sammeln. Dadurch sind sie in der Lage, aktive Vulkane aus der Ferne zu überwachen und besser zu verstehen, wie viel Kohlendioxid (CO2) von Vulkanen weltweit freigesetzt wird und, was wichtig ist, woher dieser Kohlenstoff stammt.

Der Vulkan Manam mit einem Durchmesser von 10 km befindet sich auf einer Insel 13 km vor der Nordostküste des Festlandes in 1.800 m Höhe über dem Meeresspiegel.

Frühere Studien haben gezeigt, dass er zu den weltweit grössten Emittenten von Schwefeldioxid gehört, aber über seinen CO2-Ausstoss war nichts bekannt.

Vulkanische CO2-Emissionen sind aufgrund der hohen Konzentrationen in der Hintergrundatmosphäre schwer zu messen. Messungen müssen in unmittelbarer Nähe aktiver Schlote durchgeführt werden, und bei gefährlichen Vulkanen wie Manam sind Drohnen die einzige Möglichkeit, Proben sicher zu erhalten. Dennoch sind Drohnenflüge über die Sichtlinie hinaus in vulkanischer Umgebung selten versucht worden.

Durch das Hinzufügen von miniaturisierten Gassensoren, Spektrometern und Probenentnahmegeräten, die sich automatisch öffnen und schließen, konnte das Team die Drohne 2 km hoch und 6 km weit fliegen, um den Gipfel des Manam zu erreichen, wo sie Gasproben einfing, die innerhalb von Stunden analysiert werden sollten.

Die Berechnung des Verhältnisses zwischen dem Schwefel- und Kohlendioxidgehalt in den Emissionen eines Vulkans ist für die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit eines Ausbruchs von entscheidender Bedeutung, da sie Vulkanologen dabei hilft, die Lage des Magmas zu bestimmen.

Die letzten großen Ausbrüche Manams zwischen 2004 und 2006 verwüsteten weite Teile der Insel und vertrieben rund 4.000 Menschen auf das Festland; ihre Ernten wurden zerstört und die Wasservorräte verseucht.

Projektleiterin Dr. Emma Liu (UCL Geowissenschaften) sagte: “Manam ist nicht im Detail untersucht worden, aber wir konnten anhand von Satellitendaten sehen, dass es starke Emissionen produzierte. Die Ressourcen des inländischen Vulkanüberwachungsinstituts sind gering, und das Team hat eine unglaubliche Arbeitsbelastung, aber sie haben uns wirklich geholfen, die Verbindungen mit der auf der Insel Manam lebenden Gemeinschaft herzustellen”.

Im Anschluss an die Feldarbeit sammelten die Forscher Gelder für den Kauf von Computern, Solarpaneelen und anderer Technologie, um die lokale Gemeinschaft – die inzwischen eine Gruppe zur Katastrophenvorsorge zusammengestellt hat – in die Lage zu versetzen, von der Insel aus via Satellit zu kommunizieren, und um das Personal des Vulkanologischen Observatoriums Rabaul in Drohnen-Operationen zu schulen, damit es sie bei ihren Überwachungsbemühungen unterstützen kann.

ABOVE war Teil des Deep Carbon Observatory (DCO), einer globalen Gemeinschaft von Wissenschaftlern, die seit zehn Jahren nach einem besseren Verständnis des Kohlenstoffs auf der Erde strebt.

Vulkanische Emissionen sind ein kritisches Stadium des Kohlenstoffkreislaufs der Erde – der Bewegung von Kohlenstoff zwischen Land, Atmosphäre und Ozean -, aber CO2-Messungen waren bisher auf eine relativ kleine Zahl der weltweit geschätzten 500 entgasenden Vulkane beschränkt.

Das Verständnis der Faktoren, die den vulkanischen Kohlenstoffausstoß in der Gegenwart kontrollieren, wird zeigen, wie sich das Klima in der Vergangenheit verändert hat und wie es daher in Zukunft auf die gegenwärtigen menschlichen Einflüsse reagieren könnte.

Koautor Professor Alessandro Aiuppa (Universität Palermo) beschrieb die Ergebnisse als “einen echten Fortschritt auf unserem Gebiet”, fügte er hinzu: “Vor zehn Jahren hätte man nur starren und ahnen können, wie hoch die CO2-Emissionen von Manam sind.

“Wenn man den gesamten Kohlenstoff berücksichtigt, der durch den globalen Vulkanismus freigesetzt wird, beträgt er weniger als ein Prozent des gesamten Emissionsbudgets, das von menschlichen Aktivitäten dominiert wird. In ein paar Jahrhunderten verhalten sich die Menschen wie Tausende von Vulkanen. Wenn wir weiterhin Kohlenstoff in die Atmosphäre pumpen, wird es die Überwachung und Vorhersage von Ausbrüchen mit Hilfe von Gasbeobachtungen aus der Luft noch schwieriger machen”.

Co-Autor Professor Tobias Fischer (University of New Mexico) fügte hinzu: “Um die Triebkräfte des Klimawandels zu verstehen, muss man den Kohlenstoffkreislauf in der Erde verstehen.

“Wir wollten den Kohlenstoffausstoss dieses sehr grossen Kohlendioxid-Emittenten quantifizieren. Uns lagen nur sehr wenige Daten über die Kohlenstoff-Isotopenzusammensetzung vor, mit denen wir die Quelle des Kohlenstoffs identifizieren könnten und ob es

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