Vulkanwolken dreidimensional vermessen

Vulkanwolken lassen sich auf Satellitenbildern nur zweidimensional erkennen. Für Flugverkehr und Klimaforschung wären aber dreidimensionale Bilder ideal. Grazer Forscher haben nun eine Methode vorgestellt, die das ermöglicht.

Vulkanausstöße und explosive vulkanische Eruptionen produzieren riesige Wolken aus Ruß- und Ascheteilchen oder aus Wassertröpfchen, die Schwefelsäure enthalten. Sie können sich von der untersten Schicht der Erdatmosphäre bis zur oberen Grenze der Wetterschicht in rund 15 Kilometern Höhe und darüber hinaus bewegen.

Die vulkanischen Wolken mit ihren Partikeln können zur Gefahr für die Gesundheit werden, sie sind eine Herausforderung für die Luftfahrt und können über Wochen und Jahre auch kurzfristige Auswirkungen auf das Klima haben. Die Kenntnis der genauen Höhenentwicklung und -ausdehnung dieser „Ausdunstungen“ eines Vulkans wäre wichtig, um Informationen über aschefreie Höhenregionen für den Luftverkehr und über eine mögliche Überschreitung und Ausbreitung von Schwefeldioxid bis in die Stratosphäre zu liefern.

Hier haben Grazer Forscher vom Wegener Center für Klima und Globalen Wandel rund um Institutsleiter Gottfried Kirchengast und Kollegen aus Belgien, Italien und den USA eine Lösung gefunden.

Phasenverschiebung von Radiosignalen

„Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass sich aus Radio-Okkultations-Daten - die Temperaturanomalien in der Atmosphäre sichtbar machen - die Höhe und die thermische Wirkung der vulkanischen Wolken ermitteln lassen“, schilderte Andrea Steiner vom Grazer Wegener Center in einer Mitteilung.

Bei der Methode nehmen Signale von GPS-Satelliten (Transmitter) auf ihrem Weg durch die Atmosphäre hin zu Empfangssatelliten (Receiver) Informationen über Temperatur und andere Klimagrößen auf.
Rieckh/Wegener Center 2014
Bei der Methode nehmen Signale von GPS-Satelliten (Transmitter) auf ihrem Weg durch die Atmosphäre hin zu Empfangssatelliten (Receiver) Informationen über Temperatur und andere Klimagrößen auf.

Das Prinzip der Radio-Okkultation lässt sich einfach erklären, ist in Wirklichkeit jedoch ein hochkomplexer Vorgang: So wie Licht beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium gebrochen wird, wird auch ein Radiosignal bei der Durchquerung der Atmosphäre verändert. Der Effekt - die Phasenverschiebung der Radiosignale - ist messbar und kann Auskunft über die Beschaffenheit der Atmosphäre geben.

Mit echten Bildern verglichen

Aus den erhaltenen Signalmustern lassen sich Rückschlüsse auf Dichte, Druck und Temperatur der Atmosphäre in einem bestimmten Höhenbereich ziehen. Die Forscher haben rund 1.300 Radio-Okkultations-Profile von Eruptionen des Puyehue-Vulkans (2011) in den südchilenischen Anden und des Nabro (2011) in Eritrea mit Infrarotbildern der Vulkanausbrüche verglichen und ausgewertet und die Ergebnisse publiziert.

Mehr Kenntnis über die dreidimensionale Ausformung der vulkanischen Wolken würde nicht nur der Luftfahrt wichtige Daten liefern, sondern auch das Monitoring von Klimaveränderungen und Klimasimulationen verbessern, zeigte sich Institutsleiter Gottfried Kirchengast überzeugt:

"Wenn wir die Temperaturwirkung vulkanischer Wolken in der Atmosphäre besser verstehen und ihre zeitliche Entwicklung und Ausformung genauer beobachten, können wir auch natürliche Klimaschwankungen gemeinsam mit menschgemachten Klimatrends zuverlässiger beschreiben.“

science.ORF.at/APA

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