Am 9. Dezember 2019 schoss eine Wolke aus Dampf und vulkanischen Gasen aus dem neuseeländischen Vulkan Whakaari oder White Island. Im Vergleich zu Eruptionen an anderen Vulkanen war die Explosion klein. Aber es forderte 22 Menschenleben und weitere 25 Verletzte, von denen viele schwere Verbrennungen erlitten.
Mit hochauflösenden Satellitendaten und Computeralgorithmen haben Wissenschaftler nun aufgedeckt, wie sich die vom Vulkan freigesetzten Gase vor, während und nach dem Ausbruch im Jahr 2019 subtil verändert haben. Die Beobachtung solch kleiner Veränderungen mit Satelliten könnte die Überwachung von Vulkanen erheblich verbessern und helfen, Frühwarnungen vor Eruptionen zu erkennen, berichten die Forscher vom 18. Juni in Wissenschaftliche Fortschritte.
Vulkanologen verwenden normalerweise Instrumente am Boden, um vor Eruptionen zu warnen, und überwachen Veränderungen von Gasen wie Kohlendioxid und Schwefeldioxid, die zwischen den Explosionen leise aus Vulkanen sickern. Aber nur etwa 50 der Vulkane der Welt werden auf diese Weise überwacht. Satelliten wurden verwendet, um die Wolken großer Vulkane zu untersuchen, aber die umlaufenden Schiffe wurden nicht verwendet, um Gase zu entdecken, die von kleinen Eruptionen ausgestoßen werden.
Im Vergleich zu großen Eruptionen wie der Explosion, die 1980 den Mount St. Helens in Washington enthauptete, treten kleinere Eruptionen häufiger auf. Sie stellen also eine größere Bedrohung für die Menschen dar, sagt der Vulkanologe Mike Burton von der University of Manchester in England.
Zufällig flog der Satellit Sentinel-5 Precursor etwa eine Stunde nach dem Ausbruch von 2019 über Whakaari und sammelte mit seinem Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI) Daten über das Licht, das von der Wolke ausgestoßener Gase des Vulkans reflektiert wurde. „Wir haben erkannt, dass wir es gebrauchen können [satellites] um wirklich beispiellos kleine Explosionen zu betrachten“, sagt Burton.
Von seinem Sitz am Himmel aus war TROPOMI besser geeignet als Bodeninstrumente, um Informationen über die hoch aufsteigende Wolke zu sammeln. Und als TROPOMI über ihnen hinwegflog, war ein Großteil der Asche und anderer Schwebeteilchen, die Bodenbeobachtungen von ausgebrochenen Gasen verwischen können, aus der Wolke herausgefallen oder verdampft.
Burton und seine Kollegen wandten einen Computeralgorithmus auf die TROPOMI-Daten an, um die rückwärts gerichtete Flugbahn von Gasen in der Wolke zu berechnen – im Wesentlichen den Vulkanausbruch zurückzuspulen. Mit diesem Ansatz konnten die Forscher abschätzen, wie viel Schwefeldioxid der Vulkan vor, während und nach dem Ausbruch ausstieß.
Ungefähr 40 Minuten vor dem Ausbruch von Whakaari stiegen die Schwefeldioxidemissionen des Vulkans von 10 Kilogramm pro Sekunde auf 45 Kilogramm pro Sekunde – was auf einen möglichen Ausbruch hindeutete – und die Schwefeldioxid- und anderen Gase begannen zu steigen, fanden die Forscher heraus.
GeoNet, ein neuseeländischer Dienst zur Überwachung geologischer Gefahren, hatte mehrere Wochen vor dem Ausbruch eine Warnung ausgelöst, nachdem er einen Anstieg des Bodenzitterns, Geysire, die im Kratersee des Vulkans sprudeln, und Schwefeldioxidemissionen mit Bodeninstrumenten festgestellt hatte, obwohl Reiseveranstalter weiterhin zu Besuch waren die Insel. Aber die neue Studie ist das erste Mal, dass Wissenschaftler einen Satelliten verwendet haben, um Vorläuferänderungen der Schwefeldioxidemissionen vor einer kleinen Eruption zu erkennen.
Es sei überraschend, dass mit Hilfe von Satelliten so viele Informationen über diese kleine Eruption gewonnen werden könnten, sagt Burton. „Das ist eine wirklich spannende Aussicht, denn wir können jetzt damit rechnen, [measure] viel mehr [eruptions] aus dem Weltall”
Veränderungen der Erschütterungen, die durch die Eruption verursacht wurden, wurden von einer seismischen Station auf der Insel aufgezeichnet und entsprachen den Ergebnissen der Forscher. Als die Schwefeldioxidemissionen und die Höhe der Rauchfahnen in den Minuten vor der Explosion zunahmen, nahmen auch die Erschütterungen zu.
Diese Arbeit zeigt, dass es jetzt möglich ist, die Gasemissionen vor kleinen Eruptionen mithilfe von Satelliten zu messen, die bodengestützte Systeme ergänzen und vor Eruptionen warnen, sagt Jorge Andres Diaz, Vulkanologe an der Universität von Costa Rica in San Pedro nicht an der Studie beteiligt. “Es [could] Seien Sie Ihre erste Überwachungslinie, insbesondere an Orten, die sehr abgelegen sind.“
Aber die Vorhersage von Eruptionen erfordert die gemeinsame Betrachtung mehrerer Faktoren, einschließlich derer, die TROPOMI nicht erkennen kann, sagt er. Zittern sind ein Beispiel (SN: 17.06.19). Es ist auch nützlich, andere emittierte Gase wie Kohlendioxid zu überwachen, die in Verbindung mit Schwefeldioxidmessungen aufdecken können, wenn neues Magma in die Magmakammer eines Vulkans strömt, was zu einer Eruption führen kann. Während TROPOMI kein Kohlendioxid erkennen kann, können einige andere Satelliten dies tun.
„Ich möchte nicht sagen, dass wir Explosionen perfekt vorhersagen können; das können wir nicht“, sagt Burton. „Aber das ist ein wichtiger Schritt. Es öffnet eine ganz neue Grenze.“