Lauschangriff auf Vulkane

Die Impulskanonen schieben eine Aschewolke in die Luft (Foto: Robert Emmerich)
Helen Thomas aus Norwegen ist mit mehreren Infrarot-Kameras der Aschewolke auf der Spur. (Foto: Robert Emmerich)
Bereiten die erste Infrasound-Messung vor (von links): Federico Brogi (Uni Genf) und Sebastien Valade (Uni Florenz). Rechts Tobias Dürig von der Universität Island. (Foto: Robert Emmerich)
Bernd Zimanowski bei den Highspeed-Videokameras, die nur einen Teil der Würzburger Messgeräte ausmachen. (Foto: Robert Emmerich)

Ein isländischer Vulkan spuckte 2010 so riesige Aschewolken in die Atmosphäre, dass der Luftverkehr über Europa mehrere Tage eingestellt wurde. Um solche Situationen künftig besser managen zu können, feilen Forscher an einem Überwachungssystem.

 

Was für eine Aussicht! Wer auf den Hügel südlich vom Hublandgelände steigt, überblickt von dort den ganzen Uni-Campus – vom Sportzentrum über die Informatik bis zu den hintersten Ecken des Campus Nord. Hier hat sich an einem Dienstag Anfang Mai eine internationale Gemeinde von Vulkanforschern versammelt. Für den schönen Ausblick interessieren sich die Wissenschaftler nicht. Der Hügel, auf dem sie sich treffen, ist auch kein Vulkan – aber trotzdem wird es hier gleich mehrere Eruptionen geben. Und auf die wollen die Forscher ihre Messgeräte richten.

Die rund 20 Vulkan-Experten aus verschiedenen Ländern Europas haben sich zwischen Büschen und hohem Gras niedergelassen. Manche arbeiten an ihren Laptops, andere bereiten die Messtechnik vor. Alle Geräte sind auf einen zentralen Punkt gerichtet – auf drei miteinander verschaltete Impulskanonen, die wie Ofenrohre aussehen. Mit solchen „künstlichen Vulkanen“ lassen sich im Kleinformat Aschewolken simulieren, wie sie bei echten Vulkanausbrüchen entstehen.

Aschewolke legte Flugverkehr lahm

Was solche Wolken anrichten können, zeigte sich im April 2010, als auf Island der Vulkan Eyjafjallajökull ausbrach. Er drückte gewaltige Mengen Asche mehrere Kilometer hoch in die Atmosphäre, und die graue Wolke breitete sich über weite Teile Europas aus. Der Flugverkehr wurde daraufhin sechs Tage lang eingestellt – aus Angst vor Schäden an Flugzeugtriebwerken. Hunderttausende Menschen saßen auf Flughäfen fest, die Fluglinien erlitten große wirtschaftliche Einbußen.

War dieses weitgehende Flugverbot tatsächlich nötig? Darüber herrschte damals Uneinigkeit. Kein Wunder also, dass Politik und Wirtschaft solche Szenarien künftig anders managen möchten. Die Europäische Union hat darum im Oktober 2012 das Forschungsprojekt „Futurevolc“ gestartet. Es zielt unter anderem darauf ab, das Verhalten vulkanischer Aschewolken besser einschätzen zu können.

Impulskanonen als künstliche Vulkane

Professor Bernd Zimanowski, Geophysiker und Vulkanologe von der Universität Würzburg, ist an dem Projekt beteiligt. Mit seinem Kooperationspartner Pierfrancesco Dellino, Professor an der Universität Bari (Italien), setzt er seit Jahren auch Impulskanonen ein, um die Eigenschaften und das Verhalten von Aschewolken besser zu verstehen.

Die Kanonen, die am Hubland zum Einsatz kommen, sind gut einen Meter hoch. Sie werden mit einigen Kilogramm Vulkanasche aus Island gefüllt, die dann mit hohem Druck zur Eruption gebracht wird. Wie bei einem echten Vulkanausbruch entsteht dabei eine Aschewolke, die hier aber nur bis zu 15 Meter hoch in die Luft steigt.

Die erste Eruption des Tages

Auf drei solche künstlichen Kleinvulkane sind auf dem Hügel bei Würzburg nun sämtliche Augen, Objektive und Mikrofone gerichtet. Professor Dellino führt das Kommando. Alle fertig für die erste Eruption? Nein: Ein Team hat seine Apparate noch nicht startklar. Dabei waren für den Aufbau schon zwei Stunden Zeit. Dellino seufzt. Aber es dauert nur ein paar Minuten bis das Team signalisiert, dass es jetzt losgehen kann.

Alle sind auf Position, Dellino gibt per Handzeichen die Kanonen frei, Zimanowski löst an seinem Laptop aus sicherer Entfernung die Eruption aus. Ein beeindruckender Knall. Die Asche schießt einige Meter in die Höhe und verteilt sich schnell mit dem leichten Wind Richtung Gerbrunn. Nach wenigen Sekunden ist die Sache gelaufen. Es brandet kein Jubel auf, die Wissenschaftler zeigen sich eher unbeeindruckt. Sie sitzen still und konzentriert über ihren Laptops und begutachten die erste Daten-Ausbeute des Tages.

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Radar und Infrarot im Einsatz

Was die Forscher messen? Federico Brogi von der Universität Genf und Sebastien Valade von der Universität Florenz horchen die Aschewolken auf Infrasound ab – auf typische akustische Wellen, die der Mensch nicht hören kann. Geophysiker Matthias Hort von der Universität Hamburg ist mit zwei Radargeräten da. Er und seine Kolleginnen analysieren damit die Geschwindigkeit und die Beschaffenheit der Asche.

Helen Thomas arbeitet für die norwegische Firma Nicarnica Aviation, die dem Futurevolc-Konsortium angehört. Sie misst mit mehreren Infrarotkameras physikalische Eigenschaften der Aschewolken und deren Gehalt an Schwefeldioxid. Wie sie erzählt, könnten solche Kameras künftig eventuell in Flugzeugen montiert werden und den Piloten anzeigen, wie Aschewolken sicher zu umfliegen sind.

Elektrische Felder im Blick

Matt Hobby kommt vom National Centre for Atmospheric Science in England. Mit seinen Geräten erfasst er das elektrische Feld, dass in einer Aschewolke typischerweise entsteht. Ihn interessiert vor allem, wie sich das Feld bei der Ausbreitung der Wolke verhält.

Das Team um Bernd Zimanowski und Ralf Büttner hat dagegen das elektrische Feld unmittelbar am Beginn der Eruption im Blick. Die Würzburger erfassen zudem den Druck und die Kraft des Ausbruchs. Dazu haben sie oben und unten an einer Impulskanone spezielle Sensoren angebracht. Zur Würzburger Gruppe gehören auch Doktorand Niko Spitznagel und die Studenten Ewald Becker und Achim Ernst.

Zwölf Mal kommen die Impulskanonen an diesem Dienstag zum Einsatz, zwölf Mal können die Forscher in standardisierten Versuchen ihre Geräte kalibrieren und eichen, um die Messungen weiter zu verbessern. Für diese Arbeit sind insgesamt drei Versuchstage in Würzburg angesetzt. „Unsere simulierten Aschewolken sind dafür sehr wertvoll, weil echte Vulkanausbrüche ja nicht alle Tage vorkommen“, erklärt Zimanowski.

Die gesamte Sensorik, die bei den Experimenten am Hubland im Einsatz ist, steht auch schon dort, wo es einmal ernst werden kann: Auf Island wurden als Teil des Futurevolc-Projekts entsprechende Messgeräte rund um die vier gefährlichsten Vulkane stationiert. Die Hoffnung der Experten: Bei einem Ausbruch möchten sie – in Verbindung mit Wetterdaten – möglichst genau vorhersagen, wie sich die Aschewolke verhält. Diese Informationen könnten dazu beitragen, dass der Flugverkehr nicht wie 2010 komplett eingestellt wird, sondern nur dort, wo es wirklich nötig ist.

Fotogalerie von den Experimenten

Über das Projekt „Futurevolc“

Im Projekt „Futurevolc“ arbeiten 26 Partner aus europäischen Ländern zusammen. Aus Deutschland sind die Universität Würzburg, das Geoforschungszentrum Potsdam und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt beteiligt. Das Projekt läuft seit Oktober 2012 und ist auf 3,5 Jahre angelegt. Geleitet wird es von der University of Iceland in Reykjavik und vom Icelandic Meteorological Office.

Zur Homepage des EU-Projekts „Futurevolc“