10/05/2012 - Wissenschaftler "lesen" die Asche des isländischen Vulkans zwei Jahre nach seinem Ausbruch

Menéame

Im Mai 2010 kam die Aschewolke des Eyjafjallajökull, des Vulkans, der die europäischen Flughäfen lähmte, auf die Iberische Halbinsel. Die Wissenschaftler folgten ihrer Spur mit Satelliten, Laserdetektoren, Solarfotometern und anderen Instrumenten.

Nun, zwei Jahre später, präsentieren sie die Ergebnisse und Modelle, die helfen werden, die Folgen solcher Naturphänomene zu verhindern.

Vor zwei Jahren

Der Ausbruch des Vulkans Eyjafjallajökull im Süden Islands begann am 20. März 2010. Am 14. April begann die Aschewolke, die sich nach Norden und Mitte Europas bewegte und zur Schließung des Luftraums führte. Hunderte von Flugzeugen und Millionen von Passagieren blieben am Boden.

Nach einer ruhigen Zeit wurde die Aktivität des Vulkans am 3. Mai erneut verstärkt. Dieses Mal transportierten die Winde die Aerosole - Partikel- und Gasgemische - nach Spanien und Portugal, wo auch einige Flughäfen zwischen dem 6. und 12. Monat geschlossen wurden. Es war eine Zeit großer Aktivität für Wissenschaftler, die die Gelegenheit nutzten, um das Phänomen genau zu verfolgen. Ihre Arbeiten werden jetzt in der Zeitschrift Atmospheric Environment veröffentlicht.

"Die enormen wirtschaftlichen Auswirkungen dieses Ereignisses zeigen, wie notwendig es ist, genau zu beschreiben, wie sich eine vulkanische Pense in die Atmosphäre zerstreut, wie wichtig es ist, Partikel detailliert zu charakterisieren und ihre Konzentrationsgrenzen festzulegen, um die Luftfahrt zu gewährleisten," erklärt Arantxa Revusta, Forscherin des Zentrums für Energieforschung, Umwelt und Technologie (CIEMAT).

Dieses Team identifizierte die vulkanische Wolke durch Madrid dank der LIDAR-Technologie (Light Detection And Ranging), das effektivste System zur Bewertung der Spraykonzentrationen in der Höhe. Der ICESAT-Station ist einer der 27 Mitglieder des Europäischen Netzes EARLINET (European Aerosol Research Lidar Network), das dieses Instrument einsetzt. Seine Mitglieder haben auch einen Artikel zu diesem Thema veröffentlicht und offen in der Zeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics.

Mit der LIDAR-Technologie leiten Wissenschaftler einen Laserstrahl in den Himmel - wie ein Schwert der Galaxienkriege - und das Signal, das die Partikel reflektieren, berichtet über ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften. So schätzten sie einen maximalen Aerosolwert von etwa 77 Mikrogramm/m3, einer Konzentration, die weit unter den für die Luftfahrt festgelegten Risikowerten lag (2 Milligramm/m3). Darüber hinaus wurden sulfatreiche Partikelwerte, wenn auch dünn (mit einem Durchmesser von weniger als 1 μm) abgefeuert, die in mitteleuropäischen Ländern deutlich kleiner sind als die in den Größen von mehr als 20 μm.

Diese dickeren Teilchen sind diejenigen, die im Allgemeinen als ' bekannt sind.Asche') und diejenigen, die die Triebwerke der Flugzeuge wirklich schädigen. Feines Material, wie es auf der Halbinsel entdeckt wurde, ist ähnlich wie in städtischen und industriellen Gebieten, die wegen ihrer gesundheitsschädlichen Auswirkungen eher untersucht werden als wegen ihrer Auswirkungen auf die Luftfahrt.

NASA Solarfotometernetz

Dennoch ist es angezeigt, die Entwicklung aller Teilchen zu verfolgen, um die Informationen für die Verantwortlichen dieser Art von Krisen zu liefern. An dieser Linie arbeiteten die Mitglieder des AERONET-Netzwerks (Aerosol RObotic NETwork) der NASA, zu dem verschiedene spanisch-portugiesische Trackingstationen (in RIMA integriert) mit Solarfotometer Automatisiert. Diese Instrumente fokussieren sich auf die Sonne und sammeln stündlich Daten über die optische Dicke der Aerosole und deren Verteilung nach Größen in der Luftsäule.

Die kombinierte Nutzung von Solar- und Photometern Technologie-Lidar bereichert die Datenerhebung. So haben die Stationen von Granada und Évora beispielsweise gezeigt, dass die Vulkanwolke in diesen Gebieten zwischen 3 und 6 km Höhe kreiste.

"Instrumente wie das LIDAR sind stärker für die Analyse, aber ihre räumliche und zeitliche Abdeckung ist geringer, so dass Solarfotometer bei der Identifizierung vulkanischer Aerosole, wenn keine anderen Maßnahmen verfügbar sind, eine große Hilfe sein können," betont Forscher Carlos Toledano von der Universität Valladolid, Mitglied des ARARONET-RIMA-Netzwerks.

Von seinen Stationen aus wurde eine "große Variabilität der Größe und Merkmale der vulkanischen Aerosolpartikel in den aufeinander folgenden Episoden" festgestellt, was auch die Mitglieder eines anderen europäischen Netzes, EMEP (European Monitoring and Evaluation Program), die sich mit der Überwachung der Luftverschmutzung befasst und in Spanien von der staatlichen Meteorologiebehörde verwaltet wurde, überprüften. Diese Gruppe bestätigte einen Anstieg der Aerosole und ihre Konzentrationen an Sulfaten auf der Halbinsel sowie an Schwefeldioxid aus dem isländischen Vulkan.

Modelle und Vorhersagen

Die zahlreichen Beobachtungen des Ausbruchs des Eyjafjallajökulls - von Flugzeugen, Satelliten oder von Land aus gemacht - haben dazu beigetragen, dass Wissenschaftler ihre Modelle der Vorhersage und der Partikelstreuung validierten.

"Bei der Handhabung der Episode wurde deutlich, dass es noch keine genauen Modelle gibt, die Echtzeitdaten liefern, um beispielsweise den betroffenen Luftraum zu ermitteln," so Toledano. Dennoch hat sein Team das Modell FLEXPART des Norweger Instituts für atmosphäre Forschung (NILU) nachträglich mit Daten getestet, das es ermöglicht, die Ankunft von Vulkanasche in bestimmten Episoden zu erfassen.

Die leistungsstarken Teams des Barcelona Supercomputing Centers - National Supercomputer Center (BSC-CNS) nutzten auch die Gelegenheit, ein Modell zu validieren, das in diesem Zentrum entwickelt wurde: dem Fall3d. "Es handelt sich um ein Modell, das auf die Zerstreuung von Partikeln jeder Art angewendet werden kann, aber in der Praxis ist es besonders für die vulkanischen Ursprungs, wie z.B. Asche, geeignet," sagt Arnau Folch, einer der Autoren.

Dieses Modell wird von Vulkanologen und Meteorologen benutzt, um vergangene Ereignisse zu reproduzieren und vor allem Vorhersagen zu machen. Insbesondere wird die Ladung von Aerosolen im Boden und ihre Konzentration in der Luft vorhergesagt, so dass sie "von besonderem Interesse" für die Zivilluftfahrt ist. Das Endziel ist es, diese Art von Vorhersagen genau zu machen, um in der nächsten Vulkanausbruch vorbereitet zu sein.

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Bibliographische Angaben:

C. Toledano, Y. Bennouna, V. Cachorro, J.P. Ortiz de Galisteo, A. Stohl, K. Stebel, N.I. Kristiansen, F.J. Olmo, H. Lyamani, M.A. Obregón, V. Estellés, F. Wagner, J.M. Baldasano, Y. González-Castanedo, L. Clarisse, A.M. de Frutos: “Aerosol properties of the Eyjafjallajökull ash derived from sun photometer and satellite observations over the Iberian Peninsula”. M.A. Revuelta, M. Sastre, A.J. Fernández, L. Martín, R. García, F.J. Gómez-Moreno, B. Artíñano, M. Pujadas, F. Molero: “Characterization of the Eyjafjallajökull volcanic plume over the Iberian Peninsula by lidar remote sensing and ground-level data collection”. A. Folch, A. Costa, S. Basart:  “Validation of the FALL3D ash dispersion model using observations of the 2010 Eyjafjallajökull volcanic ash clouds”. Atmospheric Environment 48: 22-32/46-55/165–183März 2012.

M. Sicard, J. L. Guerrero-Rascado, F. Navas-Guzmán, J. Preißler, F. Molero, S. Tomáss, J. A. Bravo-Aranda, A. Comerón, F. Rocadenbosch, F. Wagner, M. Pujadas, L. Alados-Arboledas. “Monitoring of the Eyjafjallaj¨okull volcanic aerosol plume over the Iberian Peninsula by means of four EARLINET lidar stations”. Atmospheric Chemistry and Physics 12: 3115–3130, 2012. DOI:10.5194/acp-12-3115-2012. Acceso abierto.

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