Bäume warnen vor der nächsten Eruption
Im Vorfeld von Vulkanausbrüchen dringt Kohlenstoffdioxid aus der Erde, das Bäume in Chlorophyll verwandeln. Sie werden grüner, was aus dem Weltall zu sehen ist und als Frühwarnung interpretiert werden kann.
Der Vulkan Chaitén im Süden Chiles brach am 2. Mai 2008 zum ersten Mal seit 9.000 Jahren aus. NASA-Satelliten, die Veränderungen der Vegetation in der Nähe von Vulkanen überwachen, könnten zu einer früheren Warnung vor Ausbrüchen beitragen.
Foto: Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response Team, NASA Goddard Space Flight Center
Die Frühwarnung vor Vulkanausbrüchen kommt künftig aus dem Weltraum. Seit langem ist bekannt, dass im Vorfeld derartiger Eruptionen die Blätter von Bäumen, die im Einzugsgebiet stehen, grüner werden und die Vegetation üppiger wächst. Das liegt am Kohlenstoffdioxid (CO2), das als Vorbote aus dem Erdinneren dringt. Das Wissen nutzt allerdings wenig, denn es ist unmöglich, sämtliche Bäume in vulkanischen Regionen zu überwachen.
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Subtile Signale lassen sich jetzt erkennen
Aus dem All ist das dagegen kein Problem, haben die US-Weltraumbehörde Nasa in Washington in Zusammenarbeit mit der Smithsonian Institution festgestellt, dem weltweit größten Museums-, Bildungs- und Forschungskomplex mit Sitz in Washington festgestellt.
Mit leistungsstarken Instrumenten wie dem Landsat-8-Satelliten der Nasa und Fluggeräten, die im Rahmen des Airborne Validation Unified Experiment: Land to Ocean (AVUELO) eingesetzt werden, können Wissenschaftler diese subtilen Anzeichen nun aus der Luft erkennen.
AVUELO ist ein Programm von Nasa und Smithsonian zum Verstehen der einzigartigen Eigenschaften der tropischen Vegetation und des Ozeans, indem reale Daten, die sowohl auf dem Boden als auch aus der Luft gesammelt werden, korreliert werden. So sollen klimarelevante Veränderungen frühzeitig erkannt werden.
Die dabei erfassten Bilder können gewissermaßen nebenbei genutzt werden, um ausbruchgefährdete Regionen zu erkennen. Wenn Magma durch die Erdkruste nach oben steigt, setzt es Gase wie CO2 frei. Bäume absorbieren dieses Klimagas, woraufhin ihre Blätter oft kräftiger werden und gesünder aussehen.
Zehn Prozent der Weltbevölkerung sind gefährdet
Etwa zehn Prozent der Weltbevölkerung leben in Gebieten, die von Vulkanen bedroht sind. Für Menschen in der Nähe von Vulkanen kann ein Ausbruch große Gefahren mit sich bringen, etwa durch umherfliegende Steine, dichte Asche und Wellen heißer Gase.
Selbst Menschen, die weiter entfernt leben, können durch Schlammlawinen, herabfallende Asche oder sogar Tsunamis gefährdet werden, die durch Vulkanausbrüche ausgelöst werden.
CO2 lässt sich nur indirekt erkennen
Da es keine Möglichkeit gibt, einen Vulkanausbruch zu verhindern, ist das Erkennen früher Anzeichen von Aktivität für die Sicherheit der Menschen von entscheidender Bedeutung. Während beispielsweise Schwefeldioxid, das ebenfalls vulkanischen Ursprungs sein kann, aus dem Weltraum leicht erkennbar ist, gilt das nicht für CO2.
Dieses Klimagas lässt sich nur indirekt über Veränderungen der Vegetation erfassen. In Kombination mit seismischen Wellen und Veränderungen der Bodenhöhe ist die Beobachtung der Vegetation ein weiteres Puzzleteil, um ein Gesamtbild von der bevorstehenden Gefahr eines Vulkanausbruchs zu bekommen.
Mühsam und gefährlich
Wenn heute ein Vulkan in Verdacht gerät, dass er ausbrechen könnte, wandern Wissenschaftlern mit Messgeräten hin, um dort sie CO2-Emissionen zu erfassen. Das ist oft mühsam, weil sich viele Vulkane in abgelegenen Gebieten befinden, zudem auch gefährlich, denn sie können während der Messungen aktiv werden.
Für eine zuverlässige Frühwarnung ist dieses Vorgehen kaum geeignet. Die Analyse von Bildern aus dem Weltraum, die mit Hilfe von künstlicher Intelligenz auch ohne menschliches Eingreifen möglich ist, dagegen schon.
Test am Ätna auf Sizilien
„Es gibt zahlreiche Satelliten, die wir für diese Art von Analyse nutzen können“, sagt die Vulkanologin Nicole Guinn von der University of Houston. Sie hat Bilder verglichen, die mit Landsat 8, dem Terra-Satelliten der Nasa, Sentinel-2 der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) und anderen Erdbeobachtungssatelliten aufgenommen wurden, um Bäume rund um den Vulkan Ätna an der Küste Siziliens zu überwachen.
Sie fand einen starken Zusammenhang zwischen der Farbe der Baumblätter und dem durch Magma erzeugten CO2. Auch in Costa Rica sind die Zusammenhänge zwischen vulkanischen Aktivitäten und Pflanzenwelt schon erforscht worden.
Das Verfahren klappt allerdings nicht überall, denn viele Vulkane befinden sich in baumlosen Regionen.
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