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Lichtstreuung als Frühwarnsystem

Wie die Vulkangas-Messung per DOAS-Technik funktioniert

Im Rahmen des im Jahr 2005 begonnenen EU-Projekts „Network for Observation of Volcanic and Atmospheric Change“ (NOVAC) haben Forscher in Heidelberg und Göteborg die DOAS-Technologie nun maßgeblich weiter entwickelt und sie für den dauerhaften Einsatz in extremen Umweltbedingungen am Vulkan nutzbar gemacht. Die neuartigen Geräte sind inzwischen an 25 Vulkanen weltweit installiert. Die gemessenen Daten werden in Echtzeit per Funk zu den jeweiligen Vulkanobservatorien übertragen und als weitere unabhängige Kenngrößen für Risikobewertungen und Ausbruchsvorhersagen genutzt.

An 25 Vulkanen weltweit haben die Heidelberger Wissenschaftler Messinstrumente installiert, um die Gasemissionen der rauchenden Riesen zu überwachen. Das Bild zeigt den Popokatépetl in Mexiko © Uni Heidelberg/Ruperto Carola

Teleskop misst Lichtstreuung

Das Prinzip der DOAS-Methode ist relativ simpel. Durch ein kleines Teleskop wird in der Atmosphäre gestreutes Sonnenlicht aus einer bestimmten Richtung gesammelt und einem im selben Gehäuse befindlichen Miniaturspektrographen zugeführt. Das gestreute Himmelslicht, das uns blau erscheint, ist in Wirklichkeit aus einer Vielzahl verschiedener Farben zusammengesetzt. Dazu kommt noch unsichtbare Strahlung, sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Wellenlängenbereich.

Der Spektrograph zerlegt das Licht in seine verschiedenen spektralen Komponenten und misst so die Intensität, die bei jeder Wellenlänge auf der Erde ankommt. Wird das durch Motoren verstellbare Teleskop in Richtung Vulkanfahne gehalten, so fällt das gemessene Sonnenlicht durch die vom Vulkan ausgestoßenen Gase. Sie absorbieren das Licht bei für jedes Spurengas charakteristischen Wellenlängen/Farben.

Vulkangase verändern Spektrum

Vergleicht man das Spektrum aus der Vulkanfahne mit einem Spektrum des Hintergrundhimmels, so fällt auf, dass die Lichtintensität bei bestimmten Wellenlängen geschwächt ist. Deren Analyse gibt Aufschluss über die vorhandenen Gase in der Vulkanfahne, während die Stärke der einzelnen Abschwächung ein Maß für die Gaskonzentration in der Vulkanfahne ist.

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Christoph Kern und Ulrich Platt / Ruperto Carola / Universität Heidelberg
Stand: 01.10.2010

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Telegramm aus der Tiefe
Ein neues System warnt frühzeitig vor Vulkanausbrüchen

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