Gasemissionen sind die Manifestation von Aktivitäten, die unter der Oberfläche eines Vulkans stattfinden. Durch ihre Messung können Forscher sehen, was von der Oberfläche aus nicht zu sehen ist. Dieses Wissen ist für die Gefahrenüberwachung und die Vorhersage zukünftiger Eruptionen von entscheidender Bedeutung. Seit Mitte der 2000er Jahre sind Ultraviolett-SO2-Kameras zu wichtigen Werkzeugen zur Messung von Emissionen geworden.
Die Messkampagnen müssen jedoch von einem Nutzer begleitet werden, wodurch SO2-Kameras für die Erfassung von Langzeitdaten ungeeignet sind. Der Bau und Betrieb dieses Kameratyps kann bis zu 20.000 US-Dollar kosten, was dazu führt, dass nur sehr wenige Kameras dauerhaft installiert werden.
Um bessere Langzeitüberwachungsdaten zu erhalten, hat ein internationales Forscherteam eine SO2-Kamera entwickelt, um kontinuierlich die Emissionsraten von Vulkanen zu messen. Sie haben jetzt einen Artikel über das Kameradesign und zwei erste Datensätze in veröffentlicht Grenzen in der Geowissenschaft.
„Unser Instrument verwendet einen Sensor, der Smartphone-Kamerasensoren nicht unähnlich ist. Er ist so modifiziert, dass er für ultraviolettes Licht empfindlich ist und somit die SO2-Erkennung ermöglicht“, sagte Dr. Thomas Wilkes, Forscher an der University of Sheffield und Hauptautor der Studie.
Weniger kostspielig und energieintensiv
Im Vergleich zu früheren Modellen ist die SO2-Kamera der Forscher deutlich günstiger und verbraucht weniger Strom. Das neue Design hat einen Preis von rund 5.000 US-Dollar, wodurch die Kosten für die zum Bau der Kamera erforderlichen Teile auf etwa ein Viertel der Vorgängermodelle gesenkt werden.
„Wo immer möglich, drucken wir auch Teile in 3D, um die Kosten so gering wie möglich zu halten“, erklärte Wilkes. „Wir führen auch eine benutzerfreundliche, frei verfügbare Software zur Steuerung des Instruments und zur robusten Verarbeitung der erfassten Daten ein.“ Die Erschwinglichkeit und Benutzerfreundlichkeit macht die Kamera für mehr Vulkanologen zugänglich, die sonst möglicherweise keinen Zugang zu Datensätzen mit genauen Gasemissionsraten haben.
Zudem ist die Leistungsaufnahme des Systems mit durchschnittlich 3,75 Watt gering. Dies ist etwa die Hälfte dessen, was für die Stromversorgung zuvor vorgestellter Systeme benötigt wurde. An Standorten, an denen wenig Solarenergie genutzt werden kann, sei dies besonders vorteilhaft, schreiben die Forscher. Ihre Kamera wird mit weniger oder kleineren Solarmodulen oder Batterien betrieben, was die Gesamtkosten weiter senkt.
Während es andere Instrumente zur Messung von Vulkanemissionen gibt, „kann die SO2-Kamera Daten mit höherer zeitlicher und räumlicher Auflösung liefern, die bei dauerhafter Installation neue vulkanologische Forschungen erleichtern könnten“, sagte Wilkes.
Daten aus Chile und Hawaii
Wilkes und sein Team präsentierten auch zwei vorläufige Datensätze von Lascar, einem Schichtvulkan in Chile, und Kilauea, einem Schildvulkan auf Hawaiis Big Island, wo ihre Kamera im Dauerbetrieb ist.
„Bisher waren nur auf drei Vulkanen dauerhafte SO2-Kameras installiert“, sagte Wilkes. „Es wurden diskrete Feldkampagnen durchgeführt, und obwohl sie für eine Reihe von Forschungsfragen von unschätzbarem Wert sein können, ist es wichtig, die vulkanische Aktivität kontinuierlich messen zu können, da sie von Minuten über Jahrzehnte bis hin zu Jahrhunderten und darüber hinaus erheblich variieren kann.“
Obwohl sie kostengünstig und einfach zu bedienen sind, wiesen die Forscher auf einige Einschränkungen von SO2-Kameras hin: „Sie sind abhängig von meteorologischen Bedingungen und funktionieren am besten unter klarem blauem Himmel, wenn sich die vulkanische Gasfahne in einem 90-Grad-Winkel zum Betrachter bewegt Richtung der Kamera“, sagte Wilkes.
Mehr Informationen:
Eine neue permanente, kostengünstige SO2-Kamera mit geringem Stromverbrauch zur kontinuierlichen Messung von Vulkanemissionen, Grenzen in der Geowissenschaft (2023). DOI: 10.3389/feart.2023.1088992