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.

Da der Vulkan seit 2014 wieder aktiv ist, beschloss das Géosciences-Labor, seine Überwachungskapazität auf dem Gipfel des Lavadoms zu erhöhen, indem es ein Netz von Sensoren (z. B. Pt100 in Fumarolen, seismische 1D- und 3D-Geophone, Thermoelemente im Boden, Drucksensor und Pt100 im See der kochenden Säure) installierte. Aufgrund der positiven Erfahrungen, die das Team mit der e.series von Gantner Instruments (e.reader, e.pac und e.bloxx) gemacht hat, entschied es sich für die Q.series, um sein neues Erfassungsnetzwerk 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 Fotovoltaikanlagen speisen Strom in das Netz ein. Über eine Wi-Fi-Verbindung mit großer Reichweite werden die Daten an das 10 km entfernte Vulkanobservatorium übertragen. Eine GPS-Antenne wird zur Synchronisierung der Q.station verwendet, was besonders wichtig ist, da eine präzise Zeitsynchronisierung 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 Multiphysik-Messungen mit Widerstands-, Spannungs- oder Stromsensoren durchgeführt werden. Die Flexibilität der A107-Module ermöglicht es IPGP, ihre Sensorprototypen in der Messkampagne zu testen.

Die Umweltbedingungen auf dem Gipfel des Vulkans sind sehr rau. Die Hauptprobleme sind starke tropische Regenfälle (8.000 mm pro Jahr), starke Winde, Gewitter und saure Gase, die von Fumarolen ausgestoßen werden. Trotz dieser rauen Bedingungen sind die Systeme von Gantner Instruments fast immer einsatzbereit. Die Systeme sind durch eine “Double-Box”-Technik geschützt. Der erste Kasten 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 Pelican-Koffer gestellt, der das Datenerfassungssysteme enthält und vor Feuchtigkeit und sauren Gasen schützt.

Das Labor Géosciences verbessert derzeit sein Erfassungsnetz, indem es mehrere Q.-Stationen an verschiedenen Orten rund um den Vulkan installiert. Diese Lösung reduziert die Länge der RS-485-Leitungen, die empfindlich auf Blitzschlag 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.