Es riecht nach Ärger

Vorhersage von Vulkanausbrüchen mit Drohnenhilfe

Frühwarnsysteme können Leben retten. Denn eine möglichst exakte Vorhersage von bevorstehenden Naturkatastrophen ermöglicht rechtzeitige Schutz- und Evakuierungsmaßnahmen. Forscherinnen und Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben ein besonders leichtes und flexibel einsetzbares, UAS-basiertes System entwickelt, um anhand der Gaszusammensetzungen von Vulkanen bevorstehende Eruptionen prognostizieren zu können.

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Die aus aktiven Vulkanen austretenden Gase bieten wichtige Anhaltspunke über das Geschehen in den unzugänglichen Magmakammern. Ein vielversprechender Parameter zur Überwachung von Aktivitätsänderungen von Vulkanen ist die Bestimmung des Verhältnisses von Kohlendioxid zu Schwefeldioxid in den vulkanischen Gasfreisetzungen. Tatsächlich wurde die charakteristische Veränderung bei mehreren Vulkanen unmittelbar vor Eruptionen beobachtet, darunter auch am Ätna. Die praktische Umsetzung zur Erfassung kontinuierlicher Daten zur Gaszusammensetzungen ist jedoch eine Herausforderung. Die direkte manuelle Probennahme – also das Besteigen des Vulkans – ist mühsam, zeitaufwändig und birgt ein hohes Risiko im Falle eines plötzlichen eruptiven Ausbruchs. Stationäre Messstationen liefern oft keine repräsentative Zusammensetzung der emittierten Gase, insbesondere aufgrund wechselnder Windrichtungen.


Niklas Karbach bei den Testmessungen auf den Liparischen Inseln, einer Inselgruppe im Tyrrhenischen Meer nördlich von Sizilien

Leicht und transportabel

Daher werden bereits eine ganze Weile Drohnen dafür eingesetzt, um Messsensorik über den Krater zu bringen. Allerdings ist die bislang verwendete Technik eher unhandlich und erfordert einigen administrativen Aufwand. An der Johannes Gutenberg-Universität Mainz hat eine Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Thorsten Hoffmann nun ein kleines, transportables System aus Fluggerät sowie Sensorik entwickelt und in abgelegenen Regionen wie den Liparischen Inseln vor der Küste Siziliens getestet. Zusammen mit der Vulkanologin Dr. Nicole Bobrowski, die an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg beziehungsweise am Nationalen Institut für Geophysik und Vulkanologie (INGV) in Catania forscht, hat das Team eine Mavic 3 von DJI mit einem Gewicht von weniger als 900 Gramm mit entsprechend kleinen und leichten Sensoren bestückt. Diese kann zu Fuß in schwer zugängliches Gelände transportiert werden und erfordert zudem nur minimale flugtechnische und administrative Vorbereitungen für den Einsatz als Beobachtungs- und Datensammlungsplattform aus der Luft.


Die mit der erforderlichen Detektionssensorik ausgestattete Forschungsdrohne Little Raven bei einem Flugtest in Mainz

Das gesamte Messsystem mit dem Gesamtgewicht einer Mineralwasserflasche kann problemlos in einem Wanderrucksack zum Einsatzort transportiert werden. Dabei ist nicht nur das Gewicht der Drohne relevant. „Wichtig für uns ist die Echtzeitinformation zur Schwefeldioxidkonzentration, da wir nur mit diesen Informationen wissen, wann wir die sich zeitlich und räumlich schnell verändernde Vulkanfahne erreicht haben. Allein visuell ist das bei den Entfernungen von mehreren Kilometern nicht zu machen“, weiß Prof. Dr. Thorsten Hoffmann, wissenschaftlicher Leiter der Arbeitsgruppe an der Uni Mainz.



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