Universität Hiroshima

Meeresfarbe als Frühwarnsystem für Vulkanausbrüche

13. Juli 2021, 15:30 Uhr   |  Markus Haller

Meeresfarbe als Frühwarnsystem für Vulkanausbrüche
© Yuji Sakuno | Universität Hiroshima

Farbwerte des Meerwassers um die Insel Nishinoshima in Nord-, Süd-, Ost- und Westrichtung.

Ein Spezialist für Fernerkundung der Universität Hiroshima hat ein neues Modell zur Vorhersage von unterseeischen Vulkanausbrüchen entwickelt. Es basiert auf der Verfärbung des Meeres.

Der Zusammenhang zwischen vulkanischer Aktivität und Meeresfarbe wurde schon länger vermutet, bisher aber nur selten qualitativ untersucht. Das Prinzip: Bevor ein Unterwasservulkan ausbricht, verändert sich die Zusammensetzung der Chemikalien, die ins Meerwasser freigesetzt werden. Das führt zu einer Farbveränderung über der späteren Ausbruchstelle. Ein höherer Anteil an Eisen könne eine gelbe oder braune Verfärbung verursachen, erklärt der Fernmelde-Spezialist und Associate Professor an der Universität Hiroshima Yuji Sakuno. Erhöhtes Aluminium oder Silizium verfärbt das Wasser mit weißen Flecken. Sakuno wertet zur Prognose von unterseeischen Vulkanausbrüchen erstmals Satellitenbildaufnahmen aus und hat ein Modell entwickelt, mit dem sich aus der Meeresfarbe – den RGB-Werten der Satellitenkamera – auf die Konzentration von typischen chemischen Indikatoren für Vulkanaktivität im Meerwasser schließen lässt.

Aus Satellitenbildern sichtbar gemacht Verteilung von Eisen, Aluminium und Silizium im Wasser rund um die Vulkaninsel Nishinoshima.
© JAXA | Yuji Sakuno

Aus Satellitenbildern sichtbar gemacht Verteilung von Eisen, Aluminium und Silizium im Wasser rund um die Vulkaninsel Nishinoshima. Sie beginnt im Norden der Insel und breitet sich dann nach Süden aus. Der Zeitstrahl verläuft von (a) bis (f).

Ein Hindernis dabei sind Sonnenreflexionen, die zu Fehlinterpretationen führen können. Um die Effekte herauszurechnen, orientierte sich Sakuno an früheren Arbeiten zur chromatischen Untersuchung von heißen Quellen, die auf ähnliche Probleme stießen.

1 Monat Vorwarnzeit

Das Vorhersagemodell wurde auf Satellitenaufnahmen angewendet, die über den Zeitraum von Januar bis Dezember 2020 weiträumig um die japanische Küste aufgenommen wurden. Laut der Universität Hiroshima konnte so der Ausbruch auf der Vulkaninsel Nishinoshima, knapp 1000 Kilometer südlich der japanischen Hauptinsel Honschu, mit rund einem Monat Vorlaufzeit vorausgesagt werden. Als Indikator wurde das Verhältnis von Eisen + Aluminium und Silizium im Meerwasser herangezogen (Bild) und der raäumliche Konzentrationsverlauf über einen Zitraum von Mitte Mai bis Ende Juni betrachtet.

Als Bildquelle dienten die beiden Satelliten GCOM-C und Himawari-8 der japanischen Raumfahrtagentur Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA). Himawari-8 wird zur Beobachutng vulkanischer Aktivität genutzt; GCOM-C ist zur Aufnahme der Meeresfarbe mit einem SGLI-Sensor ausgestattet, der neun Wellenlängenbereiche vom UV (ab 380 nm) bis zum nahen Infrarot (bis 869 nm) mit einer Ortsauflösung von 250 Metern erfasst. Die genutzten Satellitenbilder sind über eine Datenbank der japanischen Raumfahrtbehörde frei zugänglich. Als nächster Schritt soll die Vorhersagegenauigkeit des Modells verbessert werden. Die Arbeit wurde über den Open-Access-Herausgeber MDPI veröffentlicht und ist hier zugänglich.

Regelmäßige Ausbrüche von Unterseevulkanen

In den letzten Jahren gab es regelmäßig Ausbrüche von Unterseevulkanen. Anak Krankatau (Indonesien), White Island (Neuseeland) und Nishinoshima Island (Japan) sind drei Beispiele aus den letzten beiden Jahren.

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