David Pieri sagte: "Eine Person in den USA oder in Europa wird nicht von einem Vulkanschlag getroffen. Das ist fast undenkbar. Aber sie könnten beim Fliegen einer Bedrohung ausgesetzt sein. “
Der Vulkan Pinatubo verursachte 1991 den zweitgrößten Vulkanausbruch des 20. Jahrhunderts nach dem Ausbruch von Novarupta im Jahr 1912 auf der Alaska-Halbinsel. Bildnachweis: Wikimedia Commons
Vulkane sind seit Menschengedenken eine Bedrohung für die Menschheit. Und Sie können zurückdenken, wie Pompeji während eines Ausbruchs des Vesuvs im Jahr 79 n. Chr. Vollständig begraben wurde - die Asche, das heiße Gestein und die schädlichen, schrecklichen, giftigen Gase, die aus der Erde austraten. Diese Dinge passieren immer noch. Sie können sehr groß sein, wie der Pinatubo-Ausbruch 1991, der Asche in die Stratosphäre schleuderte und globale Auswirkungen auf den Luftverkehr und die Luftqualität sowie auf die Umgebung des Vulkans hatte.
Vulkane sind große, gefährliche Merkmale, die die innere Energie der Erde an der Oberfläche manifestieren. Wir wollen etwas über sie wissen. Früher operierten Vulkanologen - im Grunde genommen Geologen, die sich auf Vulkane spezialisiert hatten - vom Boden aus, manchmal von Flugzeugen aus. Und dann, mit dem Aufkommen von Satelliten und der Überwachung der Umlaufbahn der Erde, war es für die Menschen natürlich, diese Eruptionen und das Ergebnis der Eruptionen aus der Umlaufbahn beobachten zu wollen.
Islands Eyjafjallajökull Vulkan vom Weltraum aus gesehen am 24. März 2010. Im April 2010 schloss dieser Vulkan den europäischen Luftraum für sechs Tage. Bildnachweis: NASA
Der isländische Vulkan Eyjafjallajökull wurde am 27. März 2010 im Morgengrauen vom Boden aus gesehen. Image Credit: Wikimedia Commons.
Die Mission, auf der ich mich befinde, heißt ASTER - für Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer. Es ist eine gemeinsame Mission mit den Japanern. Wir haben eine Reihe von Werkzeugen aus dem Orbit. Wir können uns diese großen Ausbrüche ansehen und Dinge auf dem Boden bis zu einem Durchmesser von 15 Metern sehen. Vulkane kommen häufig in abgelegenen Gebieten vor, aber wir können sie erkennen und überwachen, um zu verstehen, wie viel Material sie in die Atmosphäre abgeben.
Grundsätzlich betrachten wir Vulkane aus dem All und versuchen, unsere Weltraumbeobachtungen mit Beobachtungen aus dem Boden und aus Flugzeugen zu kombinieren.
Warum sind Vulkane für Flugzeuge so gefährlich?
Kleine Ausbrüche, bei denen etwas Gas oder Asche austritt, sind normalerweise für Flugzeuge ungefährlich, wenn sich kein Flughafen in der Nähe befindet. Wir machen uns Sorgen, wenn wir einen großen, explosiven Ausbruch haben.
Wir nehmen einen Mount St. Helens, einen Pinatubo, noch größere. Sie brechen mit Tausenden von Kubikmetern pro Sekunde aus, wobei enorme Mengen an Material aus einem unter Druck stehenden Vulkan austreten. Vulkane werden mit Gas unter Druck gesetzt - hauptsächlich Kohlendioxid, Wasserdampf, aber auch Schwefeldioxid -, das bei diesen enormen Eruptionen mit vertikalen Aufwärtsströmungsraten von Hunderten von Metern pro Sekunde austritt.
Mt. St. Helens Pilzwolke, 40 Meilen breit und 15 Meilen hoch. Kamerastandort: Toledo, Washington, 35 Meilen westnordwestlich des Berges. Das Bild besteht aus etwa 20 Einzelbildern und stammt vom 18. Mai 1990. Bildnachweis: Wikimedia Commons
Diese Federn können bis zu mindestens 10.000 Meter erreichen, was über 30.000 Fuß liegt. Der Pinatubo war 150.000 Fuß hoch, wenn Sie sich das vorstellen können. In der Regel tritt der Ausbruch oder die Explosion schnell auf, oder er kann Minuten oder Stunden - vielleicht sogar Tage - anhalten.
Das Material erhebt sich in der Luft, und die atmosphärischen Winde nehmen es auf, insbesondere in der Stratosphäre bei etwa 30.000 Fuß. Leider ist dies die effizienteste Flughöhe für Flugzeuge zwischen 20.000 und 40.000 Fuß. Wenn Sie das Pech haben, eine Wolke in einem Flugzeug zu durchdringen, können gleichzeitig alle Triebwerke ausfallen. Dies geschah 1983 ein paarmal mit dem Ausbruch der Galunggung in Indonesien. Und dann war da noch der Redoubt-Ausbruch im Jahr 1989. Es ist ein besonders erschütternder Fall.
Der Redoubt-Vulkan in Alaska brach am 14. Dezember 1989 aus und brach sechs Monate lang weiter aus. Bildnachweis: Wikimedia Commons
Am 15. Dezember 1989 befand sich ein KLM-Flugzeug auf dem Weg von Amsterdam nach Tokio. Und damals war es typisch, in Anchorage, Alaska, auf dieser Strecke einen Tankstopp einzulegen. Dieses Flugzeug flog nordwestlich des Flughafens von Anchorage in einen Zustand, der wie Dunst aussah. Es wurde vorausgesagt, dass die Vulkanwolke des Vulkans Redoubt nordöstlich des Vulkans liegt. Der Flughafen erwartete, dass die Wolke vom Flugzeug entfernt sein würde.
Also stieg der Pilot in eine Art Dunstschicht ab. Sie bekam einen Schwefelgeruch im Cockpit und bemerkte dann, dass ihre Motoren ausfielen. Grundsätzlich sind vier Motoren ausgeflammt. Sie verlor die Macht und das Flugzeug begann zu sinken. Sie versuchten verzweifelt, die Motoren neu zu starten. Sie hatten mehrere Motorstarts. Ich glaube, sie haben es sieben Mal versucht, ohne Erfolg, als sie von 25.000 Fuß gefallen sind. Sie erhielten ein Motorrelais, und dann gingen die anderen drei online, und sie ließen die Motoren wieder an. Sie bewegten sich nach anderthalb Minuten auf einer Höhe von etwa 30.000 Metern. Sie pendelten sich knapp über den Bergen ein, ungefähr 500 Fuß über dem Gelände. Es waren ungefähr 285 Personen an Bord. Es war ein sehr, sehr enger Anruf.
Was hat den Motor zum Stillstand gebracht?
Es gibt ein paar Dinge, die bei Düsentriebwerken passieren, wenn Asche in sie eingesaugt wird, insbesondere bei den neueren Triebwerken, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten.
Ash ist ein sehr fein gemahlener Stein. Es ist sehr abrasiv. So bekommt man Abrieb im Motor. Das ist nicht gut, besonders bei den neueren Hochtemperaturmotoren. Es kann den Verbrennungsprozess stören. Die Aschekonzentration kann hoch genug sein, um den Kraftstoffeinspritzmechanismus im Motor zu beeinflussen. Der Motor hört also auf zu brennen.
Vulkanasche auf Turbinenschaufeln
Darüber hinaus schmilzt Asche auf den Turbinenschaufeln. Jede Turbinenschaufel ist wie Schweizer Käse, weil der Motor ständig Luft durch die Turbinenschaufeln drückt, um sie zu kühlen. Diese Klingen sind mit speziellen Beschichtungen beschichtet und auch mit Löchern gebohrt. Und die Asche wird hereinkommen und auf der Klinge schmelzen. Dann wird es durch die Kühlluft abgekühlt und erstarrt. Sie erhalten eine Keramikglasur auf der Klinge. Und jetzt kann sich die Klinge nicht selbst abkühlen.
Sie haben also zwei Arten von Gefahren. Sie haben die unmittelbare Gefahr eines Verbrennungsstillstands im Motor - der Motor bleibt einfach stehen. Wenn Sie hohe Aschekonzentrationen haben, passiert dies.
Aber auch wenn die Motoren nicht zum Stillstand kommen, sind diese Turbinenschaufeln verstopft und können sich nicht selbst abkühlen. Sagen wir 50 oder 100 Stunden nach dem Vorfall - und Sie wissen möglicherweise nicht einmal, dass Sie Asche durchflogen haben, wenn es sich um eine sehr dünne Wolke handelt -, können Metallermüdung und ein mögliches Versagen auftreten.
Was ist die Lösung?
Grundsätzlich möchten Sie Flugzeuge so weit wie möglich von Vulkanasche fernhalten. Die Praxis bestand darin, Flugzeuge um diese Fahnen herum zu befördern, wenn sie auftreten, wie z. Cleveland Vulkan, Shishaldin Vulkan, Redoubt, Augustine. Dies sind berühmte Namen für Vulkanologen. Wenn diese Vulkane ausbrechen, neigen die FAA und der National Weather Service dazu, das Flugzeug um die Vulkanwolken und -wolken zu leiten.
Das ist also eine ziemlich gute Lösung - eine Art Null-Toleranz-Politik.
Puyehue-Cordón Caulle Vulkan vom Weltraum aus gesehen. Als dieser Vulkan in Argentinien im Juni 2011 ausbrach, schloss seine Aschewolke Flughäfen bis nach Australien. Bildnachweis: NASA
Aschewolke vom Mount Cleveland, Alaska, vom Weltraum aus gesehen am 23. Mai 2006. Der Mount Cleveland ist ein weiterer Vulkan, der im Jahr 2011 Anzeichen von Aktivität zeigt. Bildnachweis: NASA.
Aber es funktioniert nicht immer. Was 2010 in Europa geschah, als der Ausbruch von Eyjafjallajökull Asche in den europäischen Luftraum schleuderte, hatten europäische Fluggesellschaften kein Ziel. Die Asche strömte über große Ballungsräume in Europa und drang tief in den Luftraum ein. Also wurden sie komplett heruntergefahren.
Zu der Zeit gab es eine große Diskussion darüber, wie sicher die Vulkanasche wirklich ist. Sie konnten die Flugzeuge nicht einfach um die Asche herumführen, obwohl sie irgendwann versuchten, mit wenig Asche zu fliegen. Zu dieser Zeit gab es eine große Diskussion darüber, wie Sie die Aschemenge in der Luft einschätzen, wie genau die Satellitenbeobachtungen waren und was Asche wirklich für den Betrieb von Flugzeugen bedeutet.
Wer ist für diese Entscheidung verantwortlich?
Die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation und die World Meteorological Agencies haben die Welt in etwa 10 Zonen aufgeteilt. Jede Zone verfügt über ein Vulkanasche-Beratungszentrum (VAAC), das für diese Zone zuständig ist.
Wir haben zwei in den USA, eine in Anchorage und eine in Washington. In Europa waren die beiden Hauptverursacher des Vorfalls in Island der Londoner VAAC und der VAAC in Toulouse, Frankreich.
Seien wir ehrlich, die durchschnittliche Person, die in den USA oder in Europa herumläuft, wird nicht von einem Vulkanschlag getroffen. Das ist fast undenkbar. Aber Menschen aus den USA oder Europa könnten beim Fliegen einer Bedrohung ausgesetzt sein.
Und so hat sich diese Gefahr in der heutigen Zeit auf den gefährdeten Luftraum verteilt, den die Fluggesellschaften gerne nutzen und den auch andere kommerzielle und militärische Luftfahrtunternehmen nutzen. Wir sind jetzt in der modernen Gesellschaft anfällig und anfällig für diese allgegenwärtige Gefahr von Asche.
Es gibt weltweit über 1.500 Vulkane, die zu jeder Zeit als aktiv gelten. Bei der Arbeit mit dem Terra-Satelliten ist es unsere Aufgabe, Wege zu finden, um Vulkanasche zu entdecken, sie zu verfolgen, vorherzusagen, wohin sie gehen wird, und auch um die Auswirkungen auf Flugzeuge abzuschwächen.
Erzählen Sie uns mehr darüber, wie die Instrumente auf dem NASA-Satelliten Terra Vulkanasche überwachen.
Wir haben mehrere Dutzend Vulkanologen, die Erfahrung in der Fernerkundung sowie in der Vulkanologie haben. Ich bin einer von ihnen. Und von der Terra-Satellitenplattform haben wir drei Hauptinstrumente.
ASTER ist das einzige Instrument mit hoher räumlicher Auflösung auf Terra, das für die Erkennung, Kalibrierung und / oder Validierung von Änderungen und für Landoberflächenstudien von Bedeutung ist. Bildnachweis: Satellite Imaging Corporation
Wenn Sie auf die Erde hinunterblicken, treten zwei Arten von Strahlung in das Instrument ein. Wenn Sie auf etwas schauen, sehen Sie mit Ihren Augen Licht - Energie, die bei verschiedenen Wellenlängen von der Oberfläche reflektiert wird - und Ihr Auge und Ihr Gehirn nehmen es als Farbe wahr. Sie haben also das sichtbare Spektrum und Terra kann mit Sicherheit gute sichtbare Bilder eines Vulkans erhalten. Wenn wir eine Eruptionssäule haben, können wir sie in sichtbaren Wellenlängen sehen und tatsächlich Stereobilder aufnehmen und mit ASTER ein dreidimensionales Bild erstellen.
Und dann haben wir Infrarot-Fähigkeit - oft im Grunde genommen Wärmestrahlung von der Erdoberfläche. Wir nehmen eine Reihe von verschiedenen Bändern, damit es in der Farbe wie Hitze aussieht. Grundsätzlich messen wir die Temperatur der Erde. Wenn Sie also zu Beginn des Ausbruchs einen Vulkanausbruch haben, kann es sehr heiß werden. Lavaströme werfen viel Wärme ab. Die Infrarot-Fähigkeit von ASTER ermöglicht es uns, diese Wärmemerkmale detailliert abzubilden.
Wir schauen uns um hohe räumliche auflösung So können wir zum Beispiel die Gipfelkrater von Vulkanen auflösen. Wir können einzelne Lavaströme auflösen. Wir können Gebiete auflösen, in denen die Vegetation zerstört wurde. Mit ASTER können wir Bereiche der Verwüstung untersuchen. Es ist ein spitzes Instrument. Es ist nicht immer eingeschaltet. Wir müssen tatsächlich planen, ein Ziel im Voraus zu betrachten. Das macht es manchmal ein bisschen zu einem Ratespiel.
Eines der anderen Instrumente auf Terra ist das Moderate Resolution Imagine Spectrometer (MODIS). Es schaut auch durch das sichtbare nahe Infrarot und das thermische Infrarot, jedoch mit einer viel geringeren räumlichen Auflösung, wobei ein Großteil davon bei etwa 250 Metern pro Pixel liegt. Während ASTER nur ein Gebiet mit einem Durchmesser von 60 mal 60 Kilometern sehen kann, kann MODIS Gebiete mit einem Durchmesser von Tausenden von Kilometern betrachten. Und es schaut jeden Tag auf die ganze Erde. Wo ASTER kleine Spaghettistreifen und einzelne Briefmarken als Ziel erhält, ist MODIS ein viel größeres Vermessungsinstrument, das große Teile der Erde auf einmal sieht. Und im Laufe eines Tages baut es eine vollständige Abdeckung auf.
Grimsvotn-Vulkan in Island gesehen vom Raum. Dieser Vulkan brach im Mai 2011 aus. Er störte den Flugverkehr in Island, Grönland und vielen Teilen Europas. Bildnachweis: NASA
Das dritte Instrument ist das Multi-Angle Imaging SpectroRadiometer (MISR). Es hat mehrere Blickwinkel und kann ein sichtbares und dynamisches dreidimensionales Bild erzeugen - den tatsächlichen Anblick des Ausbruchs. Es hat mehrere Blickwinkel, wenn es in der Umlaufbahn voranschreitet. Dies ist wichtig, da Sie dreidimensionale Bilder der Features erstellen können, die Sie gerade betrachten, insbesondere in der Luft. MISR wurde hauptsächlich für die Untersuchung von Aerosolen entwickelt, bei denen es sich um Partikel in der Atmosphäre handelt, z. B. Wassertropfen und Staub. Dies ist wichtig für große Sprengstoffexplosionen, bei denen viele Aerosole in die Atmosphäre gelangen.
Das ist eine Art Miniaturskizze dessen, was wir mit dem Terra-Satelliten machen. Es war sehr effektiv, sowohl bei der Betrachtung vulkanischer Vorläuferphänomene wie Hotspots als auch bei einigen der Krater, die möglicherweise ein oder zwei Monate vor dem Ausbruch aufleuchten. Außerdem geht es um die Folgen des Ausbruchs und andere Dinge. Terra und seine Instrumente sind nicht nur für die Vulkanologie bestimmt. Wir betrachten verschiedene Phänomene der Erdoberfläche.
Danke, Dr. Pieri. Möchtest du uns einen letzten Gedanken überlassen?
Sicher. Vulkane sind keine einmalige Angelegenheit. Die Menschen mussten diese Lektion seit den Tagen von Pompeji neu lernen. Der Vulkan, der heute aktiv ist, ist höchstwahrscheinlich der Vulkan, der gestern aktiv war. Vulkane mögen in einem einzelnen Leben selten sein, aber wenn sie auftreten, sind sie groß und gefährlich.
In Zukunft werden terraähnliche Satelliten - mit einer noch kontinuierlicheren Abdeckung - immer wichtiger werden, um Ausbrüche zu erkennen und die Umgebungsparameter zu verstehen, unter denen wir Flugzeuge betreiben.
Unsere Antwort ist jetzt hoffentlich viel bedachter und umfassender als die der Armen in Pompeji, die 79 n. Chr. Vor dem Ausbruch des Vesuvs standen.
Besuchen Sie das ASTER-Vulkanarchiv, um einige der Daten zu sehen, die in Dr. Pieris Arbeit verwendet wurden. Wir danken heute der NASA-Mission Terra, die uns dabei hilft, unseren Heimatplaneten besser zu verstehen und zu schützen.