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GI.Reporter

November 13, 2020

Langzeit-Vulkanüberwachung – Eine Feldstudie

Die Überwachung der Vulkanaktivität ist ein wichtiges Thema bei der Eindämmung von Naturgefahren.  In jüngster Zeit ereigneten sich die meisten tödlichen Vorfälle an Vulkanen mit geringer Energie und moderater Aktivität, was sie zu attraktiven touristischen Orten macht (z. B. der Ausbruch des Mount Ontake eruption in Japan 2014).  Für diese Arten von Vulkanen beinhaltet die Überwachung physikalische Messungen in dichten Netzwerken. Verteilte Sensornetzwerke müssen leicht an den sich entwickelnden Zustand des Vulkans und das Auftreten neuer aktiver Bereiche wie Fumarolen oder hoher Wärmeflüsse im Boden angepasst werden können.

Das Team von Geosciences Rennes, einer gemeinsamen gemischten Forschungseinheit der Universität Rennes und des CNRS (UMR-6118), hat in den letzten 15 Jahren Überwachungsexperimente am Vulkan La Grande Soufrière durchgeführt. La Grande Soufrière befindet sich in Guadeloupe, einer französischen Überseeregion im südlichen Karibischen Meer.

Als Reaktion auf die seit 2014 wieder zunehmende Aktivität des Vulkans beschloss das Géosciences-Labor seine Überwachungskapazität auf der Spitze des Lavadoms zu erhöhen, indem es ein Netzwerk von Sensoren (z. B. Pt100 in Fumarolen, 1D- und 3D-seismische Geophone, Thermoelemente im Boden, Drucksensor und Pt100 im kochenden Säuresee) einsetzte. Aufgrund der positiven Erfahrungen die das Team mit der e.series von Gantner Instruments (e.reader, e.pac und e.bloxx) gemacht hat, entschied man sich für die Q.series um das neue Erfassungsnetzwerk zu entwickeln.

 

Figure 1: Datenerfassungskonzept

Abbildung 1 ist eine Übersicht über das grundlegende Netzwerk, das seit 2015 im Einsatz ist: eine Q.station 101 zusammen mit mehreren Q.bloxx A108 und A107 Modulen, die über drei RS485-Busse verteilt sind.  Windturbinen und Photovoltaikanlagen versorgen das Netzwerk mit elektrischer Energie. Eine Wi-Fi-Verbindung mit großer Reichweite wird verwendet, um die Daten an das 10 km entfernte Vulkanobservatorium zu übertragen. Eine GPS-Antenne wird zur Synchronisierung der Q.station verwendet, was besonders wichtig ist. Eine präzise Zeitsynchronisation ist erforderlich, um die seismischen Daten zu korrelieren, die mit den an die A108-Module angeschlossenen Geophonen erfasst wurden. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden die A107-Module in den aktivsten Bereichen eingesetzt, in denen Messungen entweder mit Widerstands-, Spannungs- oder Stromsensoren durchgeführt werden. Die Flexibilität der A107-Module ermöglicht es dem IPGP, ihre Sensorprototypen in der Messkampagne ausführlich zu testen.

Figure 2: Peli™ Case DAQ-Hardware für die Vulkanüberwachung

Die Umweltbedingungen auf dem Gipfel des Vulkans sind sehr rau. Die Hauptschwierigkeiten sind starker tropischer Regen (8.000 mm pro Jahr), starke Winde, Gewitter und saure Gase, die von Fumarolen ausgestoßen werden. Trotz dieser rauen Bedingungen bleiben die Systeme von Gantner Instruments fast die ganze Zeit über betriebsbereit. Die Systeme sind mit einer “Doppel-Box”-Technik geschützt. Die erste Box an der Außenseite dient dem Schutz vor starkem Regen und Wind. Die Bedingungen im Inneren dieses Behälters entsprechen in etwa der Schutzart IP62, abgesehen von den vorhandenen sauren Gasen. Im Inneren der ersten Box wird dann ein Peli™ Case platziert, der das DAQ-System enthält und vor Feuchtigkeit und sauren Gasen schützt.

Das Géosciences-Labor verbessert derzeit sein Erfassungsnetzwerk, indem es mehrere Q.stations an verschiedenen Orten rund um den Vulkan installiert. Diese Lösung reduziert die Längen der RS-485-Leitungen, die empfindlich auf Blitze reagieren können. Die GPS-Zeitsynchronisation bietet eine gemeinsame Zeitbasis für alle Messdaten.

Ein Beispiel für die wissenschaftliche Nutzung der mit der DAQ-Plattform von Gantner Instruments erfassten Daten finden Sie in dem kürzlich erschienenen Artikel “Abrupt changes of hydrothermal activity in a lava dome detected by combined seismic and muon monitoring”, der online verfügbar ist.

Author: Stephan Ploegman

Stephan Ploegman is Gantner Instruments business developer in Aerospace & Structural Testing

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