Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Archiv Aus der Praxis Warnen: mobil, global, frühzeitig

Warnen: mobil, global, frühzeitig

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 17.11.2016 13:36 — abgelaufen

Auf der Erde gibt es rund 1500 bekannte aktive Vulkane. Nur ein Bruchteil von ihnen wird überwacht. Das Verbundprojekt „Exupéry“ will helfen, diese Lücken zu schließen. Es entwickelt die Grundlagen mit denen später mobile, global einsetzbare Frühwarnsysteme erstellt werden könnten.

Vulkanausbrüche gehören zu den spektakulärsten Ereignissen der Natur. Je nach Gegebenheiten können durch vulkanische Eruptionen kilometerhohe Aschewolken, massive Gasausstöße, Schlammströme oder etwa Glutwolken entstehen – für Menschen in der Umgebung eine schwer kalkulierbare Gefahr. Auch für ausgewiesene Vulkanismus-Experten unter den Geophysikern bleiben exakte zeitliche Vorhersagen über vulkanische Aktivitäten schwierig. Die Idee hinter dem Projekt Exupéry ist es, die Grundlagen für ein System zu entwickeln, das zum genaueren Verständnis von Vulkanismus bisherige Messmethoden kombiniert, ihre Daten visualisieren kann und vor Ort flexibel einsetzbar ist. Die Entwicklung, die vom Forschungs- und Entwicklungsprogramm GEOTECHNOLOGIEN des Bundesministeriums für Bildung und Forschung bis September 2010 gefördert wurde, ist besonders für Vulkane interessant, an denen bisher kaum Daten gesammelt wurden, die aber dennoch eine Bedrohung für Menschen darstellen.

 

Die grundsätzliche Herausforderung

„Stellen sie sich vor, sie stünden neben einem Fußballstadion und sollten über die Geräusche, die sie hören, herausfinden, welche Spielzüge gerade ablaufen“, erläutert Professor Matthias Hort, Koordinator des Projektes, die grundsätzlichen Schwierigkeit. In etwa so, könne man sich seine Arbeit vorstellen. Denn wie einem Fußball-Fan ohne Ticket der Weg ins Stadion versperrt ist, bleibt es den Forschern verwehrt, die Ereignisse im Inneren des Vulkans direkt zu beobachten. Massive Gesteinsmassen, über 1000 Grad Celsius heißes Magma und extreme Druckverhältnisse im Vulkangebäude stehen ihnen im Weg. Vulkanologen sind im Besonderen auf die Beobachtung äußerer Phänomene angewiesen, um auf die komplizierten inneren Mechanismen zu schließen. Bisher wurden Daten meist für jede Messmethode einzeln ausgewertet. Exupéry geht einen anderen Weg: Die Wissenschaftler überführen die Daten in eine gemeinsame Datenbank, und setzen sie in Beziehung. Ziel: ein detaillierteres Bild vulkanischer Aktivität und tiefere Einsichten in zugrundeliegende Mechanismen.

Exupéry verwendet verschiedene Untersuchungsmethoden. Am Boden setzen die Forscher in der Nähe der Vulkane Seismometer ein, die z.B. Transportgeräusche innerhalb des Vulkangebäudes aufzeichnen. Ebenfalls werden Radarinstrumente eingesetzt. In bestimmten Zeitabständen untersuchen sie hochgenau, ob und in welcher Weise das Gebiet um die Krater in Bewegung ist. Am Boden und über Satellit messen die Forscher unter anderem den Ausstoß von Schwefeldioxid (SO2). Untersuchung der Landschaft auf Deformationen und Infrarotbeobachtung aus dem All komplettieren das Paket. Neu bei Exupéry: Spezielle Filtertechniken in der Software erlauben es, unterschiedlich fein aufgelöste Daten verschiedener Satelliten – etwa für die Hotspot-Detektion – in Einklang zu bringen. Durch diese Technik bekommen die Forscher häufiger Rückmeldungen über Änderungen im Untersuchungsgebiet.

Seismische Station

Seismische Station im Gelände auf den Azoren. Das Solarpanel versorgt die Batterie mit Strom. Aufzeichnungsgerät und Batterie sind in wetterfeste Folie gehüllt. © Verbundprojekt „Exupéry“

 

Der Daten Herr werden

Besonders zu Beginn des Projektes neun Deutscher Hochschulen, Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen sei das Vorankommen schwierig gewesen. „Nach eineinhalb Jahren dachte ich, dass schaffen wir nie“, sagt Hort rückblickend. Was damals für  Kopfschütteln sorgte, war die Entwicklung der Software, die die verschiedenartigen Daten abgreifen und zusammenführen sollte. Seismometer etwa liefern einen kontinuierlichen Datenstrom. Diese Daten sollten z.B. in Korrelation mit Satellitendaten gebracht werden. Die sind in ihrer Beschaffenheit völlig anders, sind mehrdimensional und entsprechen Momentaufnahmen. „Vieles mussten wir für Exupéry neu entwickeln“, erläutert Hort.

Doch die vielen Informationen bringen wenig, wenn sie nicht interpretiert und ausgewertet werden. Verwendet werden dazu komplexe Verfahren. Gängiges kombinieren die Forscher mit neuen Ansätzen. So werden so genannte „Hidden Markov Modelle“ für die seismische Datenanalyse genutzt. Das Verfahren wurde bisher in der Spracherkennung verwendet und soll nun helfen, seismische Ereignisse zu klassifizieren. Die schnelle Lokation von Erdbeben und deren Stärkebestimmung muss das System ebenfalls handhaben können. Wie hat der zugrundeliegende Bruchprozess im Vulkangebäude ausgesehen, wie sieht die Bruchfläche aus, auf der das seismische Signal erzeugt wurde? Mittels dieser und anderer Fragen durchforsten intelligente Software-Tools die Datenbank oder aber bearbeiten die Daten in Realzeit. Gekoppelt ist sie mit einem geographischen Informationssystem (GIS), das Wissenschaftlern unter anderem erlaubt, per Internet Informationen verfügbar zu machen. „So kann man zu bestimmten Datensätzen schnell die Meinung eines Kollegen einholen“, erläutert Hort. Ein zusätzliches Visualisierungssystem übersetzt die Daten möglichst zeitnah in verständliche Grafiken, damit Befunde besser kommunizierbar sind.

 

Im Praxistest

Wie schlägt sich ein so komplexes System in der Praxis? Auf den Azoren installierten die Projektpartner einen Prototyp. Die Vorsätze Flexibilität und Mobilität verhinderten jede Art von Kabeln. Via W-LAN-Netzwerk und einfacher Protokolle kommunizieren die Messinstrumente rund um den Krater mit den in sicherer Entfernung platzierten Basisstationen. Eine „Powerbox“ getaufte Entwicklung, belieferte die Geräte und Computerhardware mit Strom im Gelände. Da das System auch in Entwicklungsländern eingesetzt werden soll, verzichteten die Forscher auf komplexe Schaltkreise. „Wir haben wo möglich nur einfachste Elektronik verwendet, die verfügbar und günstig ist. So sind Reparaturen einfacher durchführbar“, erläutert der Koordinator.

Aufbau Radarstation

Gwendolin Läufer, Mitarbeiterin des Geodätischen Instituts der TU Darmstadt, beim Aufbau einer bodengebundenen Radarstation auf den Azoren. © Verbundprojekt „Exupéry“

 

Bilanz

Zum September 2010 läuft die Förderung des Projektes aus. Wie nah ist Exupéry seiner ehrgeizigen Zielsetzung gekommen? „In drei Jahren kann man kein fertiges System entwickeln“, sagt Hort. Das Ergebnis sei jedoch positiv. „Die generelle Struktur funktioniert. Die Datenbank und die Programme, die den ständigen Datenfluss aufnehmen, bewerten und daraus ein funktionierendes Modell des Vulkangebäudes erstellen, damit sind wir einen entscheidenden Schritt weiter gekommen“. Auch bei Detaillösungen habe sich etwas getan: „Dank der Arbeit des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt am Standort Oberpfaffenhofen hat sich die Deformationserfassung aus dem All stark verbessert“.

Jedoch bleiben manche Bereiche unfertig. Das Datenaufkommen in der Datenbank sei höher als gedacht. Je länger das System arbeite, desto langsamer werden dadurch Anfragen bearbeitet. Außerdem fehlen immer noch bestimmte Software-Tools. An der grundsätzlichen Funktion ändere das jedoch nichts. Denn die entwickelte Software sei Public Domain und sehr offen gestaltet. „Jeder, der sich mit Programmierung auskennt, kann zusätzliche Tools integrieren“, so der Projekt-Koordinator. Stückweise wird das System nun praktisch eingesetzt. „Der Bayerische Erdbebendienst wird Teile übernehmen“, berichtet Hort. Auch Kollegen aus den USA habe er Exupéry jüngst auf einer Fachtagung vorgestellt. Nun warte er gespannt auf Rückmeldungen.

CP, iserundschmidt 09/2010


Weitere Infos zum Projekt Exupéry finden Sie auf der Homepage des Projekts und auf den Seiten der GEOTECHNOLOGIEN.

Verweise
Bild(er)