Wie Satelliten einsturzgefährdete Vulkane erkennen können
Satelliten könnten in Zukunft als Frühwarnsystem fungieren und Vulkanausbrüche oder mögliche Tsunamis frühzeitig erkennen.
Als der Vulkan Anak Krakatau im Jahr 2018 zusammenbrach, löste er einen gewaltigen Tsunami aus. Auf Satellitenbildern ist zu sehen, dass sich der Berg bereits ab 2006 bewegte.
Foto: PantherMedia / dpcrestock (Oksana Byelikova)
Als am 22. Dezember 2018 der indonesische Vulkan Anak Krakatau kollabierte, wurde eine verheerende Kettenreaktion ausgelöst. Durch den plötzlichen Einsturz eines großen Teils des Vulkans entstand eine gigantische Verdrängungswelle im Ozean. Die darauffolgenden Tsunamiwellen trafen mit ungebrochener Kraft auf die Küsten von Java und Sumatra.
Mehr als 400 Menschen verloren ihr Leben, Tausende wurden verletzt. Die Katastrophe kam unerwartet, denn es gab keine direkten Warnsignale. Doch eine neue Analyse von Satellitendaten zeigt, dass es bereits Jahre zuvor klare Hinweise auf die Instabilität des Vulkans gab.
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Langsame Hangbewegungen als Vorboten
Ein interdisziplinäres Forschungsteam unter der Leitung der Penn State University analysierte hochauflösende Daten von Radarsatelliten. Sie entdeckten, dass sich der Hang des Vulkans bereits seit 2006 allmählich bewegte.
„Ozeanische Vulkane können, wenn sie instabil sind, katastrophal einstürzen und einen Tsunami auslösen“, erklärt Christelle Wauthier, Mitautorin der Studie und Professorin für Geowissenschaften. „Und als das 2018 geschah, gab es vor Ort keine Instrumente, die diese Instabilität rechtzeitig hätten erfassen können.“
Um diese unsichtbaren Bewegungen messbar zu machen, verwendete das Team eine spezielle Technik namens Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR). Dabei werden Radarsignale von Satelliten ausgesendet und die reflektierten Signale zur Ermittlung von Bodenverformungen genutzt. Diese Technik erlaubt es, millimetergenaue Veränderungen der Erdoberfläche zu erkennen. Die Forschenden analysierten Daten der Satelliten ALOS-1, COSMO-SkyMED und Sentinel-1 über einen Zeitraum von mehr als einem Jahrzehnt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Vulkanhang zwischen 2006 und 2018 um insgesamt 15 Meter abrutschte. In den Monaten vor dem Einsturz beschleunigte sich diese Bewegung deutlich.
Rechenleistung ermöglichte detaillierte Analysen
Die Verarbeitung einer so großen Menge an Radardaten war eine besondere Herausforderung. „Die Integration von Hunderten von Radarbildern erfordert eine hohe Rechenleistung“, erklärt Wauthier.Für diese Analyse nutzten die Forschenden den Hochleistungsrechner Roar des Penn State Institute for Computational and Data Sciences. Dabei wurden aus den Radarscans hochauflösende Deformationskarten erstellt, die die allmähliche Hangbewegung sichtbar machten.
Die Studie bestätigt, dass Satellitenüberwachung ein Schlüsselinstrument zur Früherkennung von Vulkaneinstürzen sein kann. Besonders in abgelegenen Gebieten oder auf schwer zugänglichen Vulkaninseln könnte diese Methode in Zukunft frühzeitig Warnungen liefern und Menschenleben retten.
Mechanismus des Einsturzes
Vulkane wie Anak Krakatau verändern ihre Struktur durch wiederholte Eruptionen. Durch fortwährenden Magmaausfluss und Ablagerungen wächst der Vulkan weiter. Mit der Zeit erhöht sich das Gewicht des Vulkans so stark, dass geologische Schwachstellen nachgeben.
„Der gesamte Vulkanbrocken, der einstürzte, bewegte sich bereits – wie ein langsamer Erdrutsch“, so Wauthier. „Wenn diese Bewegung plötzlich schneller wird, kann das ein klares Warnsignal sein.“
Das Forschungsteam stellte fest, dass es klare Vorzeichen des Einsturzes gab. „Unsere Daten zeigen, dass es im Grunde genommen einen Vorläufer des Einsturzes gab“, erklärt Young Cheol Kim, Hauptautor der Studie.
Mögliche Anwendungen für die Zukunft
Bodenbasierte Messverfahren wie GPS-Sensoren können Verformungen ebenfalls erfassen. Doch die Installation und Wartung solcher Sensoren auf aktiven Vulkanen ist extrem schwierig. „Da es an vielen dieser Orte keine bodengestützten Daten in Echtzeit gibt, könnte eine nahezu Echtzeit-InSAR-Verarbeitung helfen, signifikante Beschleunigungen des Rutschens zu erkennen“, erklärt Wauthier.
Die Studie zeigt, dass mit modernen Fernerkundungstechnologien weltweit Vulkane überwacht werden könnten, die ein ähnliches Risiko bergen. Durch die Integration von Satellitendaten in Frühwarnsysteme könnte das Risiko katastrophaler Einstürze und Tsunamis erheblich reduziert werden.
Die Forschung wurde von der NASA, der US National Science Foundation sowie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung in Deutschland gefördert. Auch das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ war an der Studie beteiligt. Die Erkenntnisse liefern eine wichtige Grundlage, um zukünftig effektivere Warnsysteme zu entwickeln.
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