Einsatz von Drohnen und Wärmebildern zur Überwachung explosiver Vulkane

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Santa Maria Vulkan in Guatemala

Bild des Vulkans Santa Maria in Guatemala. Bildnachweis: Zorn et al. 2020, Naturwissenschaftliche Berichte: DOI 10.1038 / s41586-020-2212-1

Forscher erstellen neuartige 3D-Modelle mit Zentimeterauflösung eines Vulkans in Guatemala.

Aufgrund der schwierigen Zugänglichkeit und des hohen Kollaps- oder Explosionsrisikos war die Abbildung aktiver Vulkane bislang eine große Herausforderung in der Vulkanologie. Forscher um Edgar Zorn vom Deutschen Forschungszentrum für Geowissenschaften GFZ in Potsdam präsentieren nun die Ergebnisse einer Reihe wiederholter Vermessungsflüge mit optischen und Wärmebildkameras am Vulkan Santa Maria in Guatemala. Drohnen wurden verwendet, um die Lavakuppel, einen viskosen Lavastopfen, zu beobachten. Die Forscher konnten zeigen, dass die Lavakuppel Bewegungen auf zwei verschiedenen Zeitskalen zeigt: langsame Expansion und Wachstum der Kuppel und schnelle Extrusion von viskoser Lava. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.

Wärmebild Vulkan Santa Maria

Wärmebild des Fluges über der Lavakuppel des Vulkans Santa Maria. Bildnachweis: Zorn et al. 2020, Naturwissenschaftliche Berichte: DOI 10.1038 / s41586-020-2212-1

„Wir haben eine Drohne mit verschiedenen Kameras ausgestattet“, sagt Edgar Zorn vom GFZ, dem Erstautor der Studie. “Wir haben dann die Drohne in verschiedenen Intervallen über den Krater geflogen und die Bewegungen des Lavastroms und einer Lavakuppel mit einer bestimmten Art von Stereofotografie mit einer nie zuvor gesehenen Präzision gemessen.” Durch Vergleich der Daten der Drohne konnten wir die Strömungsgeschwindigkeit, die Bewegungsmuster und die Oberflächentemperatur des Vulkans bestimmen. Diese Parameter sind wichtig für die Vorhersage der Gefahr explosiver Vulkane. Den Forschern gelang es auch, aus diesen Daten die Fließeigenschaften der Lava abzuleiten.

„Wir haben gezeigt, dass der Einsatz von Drohnen dazu beitragen kann, selbst die gefährlichsten und aktivsten Vulkane der Erde aus sicherer Entfernung vollständig neu zu messen“, fährt Edgar Zorn fort. “Eine regelmäßige und systematische Untersuchung gefährlicher Vulkane mit Drohnen scheint fast in greifbare Nähe gerückt zu sein”, sagt Thomas Walter, Vulkanologe am GFZ, der ebenfalls an der Studie beteiligt war.

Die beiden Kameras der Drohne, die auf dem Caliente-Vulkankegel des Santa Maria-Vulkans eingesetzt wurden, konnten einerseits hochauflösende Fotos und andererseits Wärmebilder aufnehmen. Mithilfe eines speziellen Computeralgorithmus konnten die Forscher aus diesen Bildern vollständige und detaillierte 3D-Modelle erstellen. Sie erhielten ein 3D-Topographie- und Temperaturmodell des Vulkans mit einer Auflösung von nur wenigen Zentimetern.

Drohnenmissionen reduzieren das Risiko für Vulkanologen erheblich, da die Kameras direkt zu den gefährlichen Stellen geflogen werden können, ohne dass die Wissenschaftler selbst in ihre Nähe müssen. Die größte Herausforderung liegt vielmehr in der Nachbearbeitung und Berechnung der Modelle. „Die 3D-Modelle der verschiedenen Flüge müssen genau positioniert sein, damit sie verglichen werden können. Dies erfordert sorgfältige Detailarbeit, aber der Aufwand lohnt sich, da selbst minimale Bewegungen sofort sichtbar werden “, sagt Edgar Zorn. “In der Studie haben wir einige neue Möglichkeiten für die Darstellung und Messung bestimmter Bodenbewegungen vorgestellt, die in zukünftigen Projekten sehr nützlich sein könnten.”

Referenz: 25. Mai 2020, Wissenschaftliche Berichte.
DOI: 10.1038 / s41598-020-65386-2

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