Langzeit-Vulkanüberwachung – eine Feldstudie

Das Team von Geosciences Rennes, einer gemeinsamen 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 liegt in Guadeloupe, einer französischen Überseeregion in der südlichen Karibik.

Als Reaktion auf die seit 2014 wieder zunehmende Aktivität des Vulkans beschloss das Géosciences-Labor, seine Überwachungskapazität auf dem Gipfel des Lavadoms durch den Einsatz eines Sensornetzwerks (z. B. Pt100 in Fumarolen, seismische 1D- und 3D-Geophone, Thermoelemente im Boden, Drucksensor und Pt100 im kochenden Säuresee) zu erhöhen. Aufgrund der positiven Erfahrungen, die das Team mit der e.series von Gantner Instruments (e.reader, e.pac und e.bloxx) gemacht hatte, entschied es sich für die Q.series, um sein neues Erfassungsnetz zu entwickeln.

Abbildung 1 zeigt eine Übersicht über das Basis-Netzwerk, das seit 2015 in Betrieb ist: eine Q.station 101 zusammen mit mehreren Q.bloxx A108 und A107 Modulen, verteilt auf drei RS485-Busse. Windturbinen und Photovoltaik-Anlagen versorgen das Netz mit Strom. Über eine Wi-Fi-Verbindung mit großer Reichweite werden die Daten an das 10 km entfernte Vulkanobservatorium übertragen. Eine GPS-Antenne dient zur Synchronisierung der Q.station, was besonders wichtig ist, da eine präzise Zeitsynchronisation erforderlich ist, 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 Multiphysikmessungen mit Widerstands-, Spannungs- oder Stromsensoren durchgeführt werden. Die Flexibilität der A107-Module ermöglicht es IPGP, die Verwendung ihrer Sensorprototypen in der Messkampagne zu testen.

Die Umweltbedingungen auf dem Gipfel des Vulkans sind sehr rau. Die Hauptschwierigkeiten sind starke tropische Regenfälle (8.000 mm pro Jahr), starke Winde, Gewitter und saure Gase, die von Fumarolen abgegeben werden. Trotz dieser schwierigen Bedingungen bleiben die Systeme von Gantner Instruments fast immer einsatzbereit. Die Systeme sind durch eine “Double-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. In die erste Box wird dann ein Pelikan-Koffer eingesetzt, der das DAQ-System enthält und vor Feuchtigkeit und sauren Gasen schützt.

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

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