Mit der DOAS-Methode kann man präzise Messungen von verschiedenen Spurengasen aus sicherer Entfernung durchführen, typischerweise einige Kilometer vom aktiven Krater entfernt. Voraussetzung ist nur, dass die jeweiligen Gase auch in dem Wellenlängenbereich Licht absorbieren, in dem Himmelslicht zur Verfügung steht, sonst muss eine künstliche Lichtquelle verwenden.
Kilometer weit weg und trotzdem genau
Inzwischen haben Forscher mit DOAS neben Schwefeldioxid auch Halogen- und Stickoxide in Vulkanfahnen gemessen. Schwefeldioxid (SO2) kommt dabei aber immer eine besondere Stellung zu, da diese Verbindung in großen Mengen ausgestoßen wird und in der Atmosphäre relativ stabil ist. Erst auf Zeitskalen von Stunden bis Tagen reagiert SO2 zu Schwefelsäure, bildet feine Aerosolteilchen oder setzt sich am Boden ab.
Daher können Wissenschaftler mit einer Messung, die sie einige Kilometer vom Vulkan entfernt durchführen, immer noch die komplette ausgestoßene Menge an Schwefeldioxid erfassen. Die Emissionsrate des Gases bestimmen sie dadurch, dass sie zunächst die Gesamtmenge der Substanz in einem Querschnitt der Fahne senkrecht zur Ausbreitungsrichtung messen und diese dann mit der Windgeschwindigkeit multiplizieren. Die Emissionsrate gibt an, wie viel SO2 pro Sekunde, Tag oder Jahr ausgestoßen wird.
Wind stört Messungen
Natürlich steckt der Teufel im Detail, und ein Detail ist die Bestimmung der Windgeschwindigkeit. In der Vergangenheit wurden oft Windmessungen am Boden oder am Kraterrand durchgeführt. Sie erwiesen sich aber als aufwendig, ungenau und manchmal sogar gefährlich. Zudem waren die erhaltenen Daten nur bedingt repräsentativ für die tatsächlich in der Fahne herrschende Windrichtung und Geschwindigkeit. Die DOAS-Geräte ermöglichen jetzt jedoch einen neuen Messansatz, der sich als deutlich genauer erwiesen hat.
Blickwechsel hilft
Bei der so genannten Korrelationsmethode beobachten die Forscher mit dem DOAS-Gerät zwei windabwärts gelegene Blickrichtungen im schnellen Wechsel. Da die Vulkanfahne nicht homogen durchmischt ist und die Gase eher ungleichmäßig verteilt sind, ergibt sich für jede der Blickrichtungen eine strukturierte Zeitreihe. Jedes Mal, wenn eine Wolke mit erhöhter SO2-Konzentration vorbeizieht, meldet erst das eine, kurze Zeit später das andere Gerät ein Maximum.
Der Zeitversatz entspricht genau der Zeit, die die Vulkanfahne benötigt, um von der einen Blickrichtung zur anderen zu gelangen. Da man den Winkel zwischen den Blickrichtungen und den Abstand zur Vulkanfahne kennt, kennt man damit auch den Abstand der zwei Blickrichtungen voneinander in der Fahne. Die Windgeschwindigkeit ergibt sich demnach aus dem Quotienten von Abstand und Zeitversatz.
Christoph Kern und Ulrich Platt / Ruperto Carola / Universität Heidelberg
Stand: 01.10.2010
