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Langzeit-Vulkan-Überwachung

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Eine Feldstudie

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Die Überwachung der Vulkantätigkeit ist ein wichtiges Thema bei der Eindämmung von Naturgefahren. In letzter Zeit traten die meisten tödlichen Probleme bei Vulkanen mit niedriger Energie und mäßiger Aktivität auf, was sie zu attraktiven touristischen Orten macht (z.B. der Ausbruch des Mount Ontake in Japan 2014). Für diese Art von Vulkanen umfasst die Überwachung multiphysikalische Messungen auf dichten Netzen. Verteilte Sensornetzwerke müssen leicht an den sich entwickelnden Zustand des Vulkans und das Auftreten neuer aktiver Gebiete wie Fumarolen oder hoher Wärmeflüsse im Boden angepasst werden können.

Das Team der Geowissenschaften Rennes, einer gemeinsamen gemischten Forschungseinheit der Universität Rennes und des CNRS (UMR-6118), hat in den letzten 15 Jahren Überwachungsexperimente auf dem Vulkan La Grande Soufrière durchgeführt. La Grande Soufrière befindet sich in Guadeloupe, einer französischen Überseeregion in der südlichen Karibik

Als Reaktion auf die seit 2014 wieder ansteigende Aktivität des Vulkans beschloss das Laboratorium Géosciences, seine Überwachungskapazität auf der Spitze des Lavadoms zu erhöhen, indem es ein Netzwerk von Sensoren (z.B. Pt100 in Fumarolen, seismische 1D- und 3D-Geophone, Thermoelemente im Boden, Drucksensor und Pt100 im siedenden Säuresee) einsetzt. Die bisherigen positiven Erfahrungen mit der e.series von Gantner Instruments (e.reader, e.pac und e.bloxx) veranlassten das Team, die Q.series beizubehalten, um ihr neues Erfassungsnetzwerk zu entwickeln

Abbildung 1 ist eine Synoptik des Grundnetzes, das seit 2015 in Betrieb ist: eine Q.station 101 zusammen mit mehreren Q.bloxx A108- und A107-Modulen, die auf drei RS485-Busse verteilt sind. Windturbinen und Photovoltaikanlagen versorgen das Netzwerk mit elektrischer Energie. 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 Zeitsynchronisation erforderlich ist, um die erfassten seismischen Daten mit den an A108-Module angeschlossenen Geophonen zu korrelieren. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden die A107-Module in den aktivsten Gebieten eingesetzt, in denen multiphysikalische Messungen entweder mit Widerstands-, Spannungs- oder Stromsensoren durchgeführt werden. Die Flexibilität der A107-Module ermöglicht es dem IPGP, mit ihren Sensor-Prototypen in der Messkampagne zu testen

Die Umweltbedingungen auf der Spitze des Vulkans sind sehr rau. Die Hauptschwierigkeiten sind starker tropischer Regen (8.000 mm pro Jahr), starke Winde, Blitzstürme und saure Gase, die von Fumarolen ausgestoßen werden. Trotz dieser rauen Bedingungen bleiben die Systeme von Gantner Instruments fast die ganze Zeit in Betrieb. Die Systeme werden mit einer "Double-Box"-Technik geschützt. Der erste Kasten auf der Außenseite dient zum Schutz vor starken Regenfällen und Wind. Die Bedingungen innerhalb dieses Behälters entsprechen in etwa IP62 mit Ausnahme der vorhandenen sauren Gase. In den ersten Kasten wird dann ein Pelikan-Koffer eingesetzt, der das Messsystem enthält und vor Feuchtigkeit und sauren Gasen schützt

Das Géosciences-Labor verbessert derzeit sein Erfassungsnetz, indem es mehrere Q.-Stationen an verschiedenen Orten rund um den Vulkan installiert. Diese Lösung reduziert die Längen der RS-485-Leitungen, die blitzempfindlich erscheinen, und die GPS-Zeitsynchronisation bietet eine gemeinsame Zeitbasis für alle Messdaten.

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