Langzeit-Vulkanüberwachung – eine Feldstudie

Das Team von Geosciences Rennes, einer gemeinsamen Forschungseinrichtung der Universität Rennes und des CNRS (UMR-6118), führt seit 15 Jahren Beobachtungsexperimente am Vulkan La Grande Soufrière durch. La Grande Soufrière befindet sich auf Guadeloupe, einem französischen Überseegebiet im südlichen Teil der Karibik.

Angesichts der seit 2014 wieder zunehmenden Aktivität des Vulkans beschloss das Labor für Geowissenschaften, seine Überwachungskapazitäten auf dem Gipfel des Lavadoms durch die Installation eines Sensornetzwerks zu erweitern (z. B. Pt100 in Fumarolen, 1D- und 3D-seismische Geophone, Thermoelemente im Boden, Drucksensoren und Pt100-Fühler im kochenden Säuresee). Die bisherigen positiven Erfahrungen des Teams mit der e.series von Gantner Instruments(e.reader, e.pac und e.bloxx) veranlassten es, auch bei der Entwicklung seines neuen Erfassungsnetzwerks auf die Q.series zurückzugreifen.

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.