Lexikon der Fernerkundung

Vulkane und Fernerkundung

Vulkane lassen sich auf der Erdoberfläche deutlich erkennen. Sie geben Gase und Partikel an die Atmosphäre ab, sie sind heiß, sie ändern ihre topografischen Merkmale und ihre Landbedeckung, ändern ihre Form vor und während einer Eruption und zeigen vorab Anzeichen für einen Ausbruch (im Gegensatz zu Erdbeben). Vulkanische Aktivität geht häufig mit seismischen (Erdbeben, Tsunamis) oder geomorphologischen Prozessen (Erdrutschen, Schlammströmen) einher.

Die Fernerkundung mittels Satelliten vereinigt viele der bodenbasierten Messmethoden. Sie helfen bei der Überwachung von Vulkanzuständen. So lassen sich mittels Radarinterferometrie (InSAR) aus dem All Veränderungen an der Vulkanoberfläche feststellen, indem – zum Beispiel mithilfe des TerraSAR-X-Satelliten – aktuelle Radar-Aufnahmen mit früheren verglichen werden. Diese Daten bilden die Basis, um zum Beispiel Bodenhebungen oder -senkungen festzustellen.

Eruption auf La Palma hält an Eruption auf La Palma hält an

Die Auswirkungen des Ausbruchs des Vulkans Cumbre Vieja sind von oben und unten zu spüren. Der Boden wird regelmäßig von Erschütterungen und kleinen Erdbeben erschüttert, und die Aschewolke, die vom Gipfel aufsteigt, ist hartnäckig und gelegentlich auch explosiver geworden. Seit Beginn des Ausbruchs am 19. September 2021 wurden mehr als tausend Häuser und Gebäude zerstört.

Am 4. Oktober um 13.40 Uhr westeuropäischer Zeit schoss ein Astronaut an Bord der ISS ein Foto von der Südspitze von La Palma. Der schräge Kamerawinkel bietet einen dreidimensionalen Blick darauf, wie die Vulkanfahne über den tief hängenden Wolken aufsteigt.

Quelle: NASA Earth Observatory

Es lassen sich durch Satelliten auch thermische Aufnahmen produzieren, die ein umfassendes Wärmebild der Oberfläche ermöglichen. Zusätzlich werden spektrometrische Satellitenmessungen eingesetzt, um die Gaszusammensetzung über Vulkanen zu erkennen.

Der Vorteil der Fernerkundung ist die großflächige Überwachung von Vulkanen nach einheitlichen Standards. Dies erhöht die Vergleichbarkeit der Erkenntnisse und verbessert die Aussagekraft über den Zustand eines Vulkans weiter. Zudem können auch Regionen überwacht werden, in denen die finanziellen Ressourcen für eine intensive Vor-Ort-Überwachung am Boden fehlen. Weitere Fernerkundungsmöglichkeiten bieten Überflüge mit Flugzeugen; vermehrt kommen auch Drohnen zum Einsatz, die ebenfalls mit Kameras und Gassensoren ausgestattet sind. Dies minimiert die Risiken, die bei der Feldbeobachtung an aktiven Vulkanen für Forscherinnen und Forscher zwangsläufig entstehen.

Die kontinuierliche Langzeitbeobachtung aus dem Weltraum ist beim Einsatz von Künstlicher Intelligenz ein wichtiger Schlüssel, um die Anzeichen geologischer Unruhe besser zu erkennen. Die Satelliten liefern entscheidende Daten, wenn die Überwachung am Boden eingeschränkt ist oder ganz fehlt. Oftmals werden Eruptionen von Vorläufersignalen begleitet. Diese können einige Stunden bis zu einigen Jahren dauern. Die Signale können Änderungen des seismischen Verhaltens, Bodenverformungen, Gasemissionen, ansteigende Temperaturen oder eine Kombination daraus umfassen.

Ein Beispiel für das Zusammenspiel von Satellitentechnik und KI sind die GOES-R-Satelliten (Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series) von NASA und NOAA. Sie ermöglichen es, die rasche Bildung und Ausdehnung von Vulkanwolken auch abgelegener Vulkane zu verfolgen. GOES-East und GOES-West beobachten einen erheblichen Teil des Pazifischen Feuerrings, d. h. die westlichen Teile Nord- und Südamerikas, Ostasiens, Indonesiens, Mikronesiens und Neuseelands. Sie können Hot-Spots und vulkanische Asche erkennen. Die Vulkanwolken und die Vulkanfahnen lassen sich mit den Messgeräten der Satelliten deutlich von dichten Wolken oder von Zirruswolken unterscheiden. Die Daten sind mit dem VOLcanic Cloud Analysis Toolkit (VOLCAT) verbunden. Bei VOLCAT handelt es sich um eine Anwendung der Künstlichen Intelligenz, die Warnmeldungen erzeugt, wenn ein Vulkanausbruch erfolgt ist. Das bedeutet, sie entdeckt Vulkanwolken und ist in der Lage, die Vulkanwolken automatisch zu verfolgen. Mit der Anwendung lässt sich zudem bestimmen, ob Asche in den Vulkanwolken vorhanden ist, wie groß das Ausmaß der Asche ist und welche Höhe die Aschewolken haben. Gerade für den sicheren Flugverkehr unterstützt das System Entscheidungsfindungen in Echtzeit.

Die folgenden Erscheinungen lassen sich mithilfe der satellitengestützten Fernerkundung beobachten:

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