Kit 9: Vulkane: der Ätna
Über Satellitenbilder Geologie und Geotektonik erkunden;
Katastrophenmanagement

Textbausteine aus der Schüler-Mappe

Über Plattentektonik, Erdbeben und Vulkane

Die Erdoberfläche besteht aus großen Platten, die sich langsam, aber stetig gegeneinander verschieben. Diese Bewegungen sind für Erdbeben und Vulkanausbrüche verantwortlich.

Zu Bild 1: Digitales Höhemodell des Mittelmeerraumes

Dieses digitale Höhenmodell des Mittelmeeres zeigt die verschiedenen Meerestiefen sowie das Relief des Festlands. Deutlich sind auch die Gebirgsketten auf dem Meeresgrund zu erkennen. Der Verlauf der Plattenränder ist hier relativ leicht ersichtlich. Verschieben sich die Platten, bilden sich Brüche oder Verwerfungen, wodurch geschmolzenes Gestein aus dem Erdinneren plötzlich an die Oberfläche gelangt – so entstehen in diesen Gebieten Vulkane, wie z. B. in Italien.

Zu Bild 2: Die Insel Sizilien im Herzen des Mittelmeeres, Oktober 2002 während eines Ausbruchs des Ätna, Aufnahme des Satelliten Envisat.

Die riesige Rauchwolke beim Ausbruch des Ätna im Oktober 2002 ist deutlich aus dem All zu erkennen, sie hatte eine Ausdehnung von mehreren Tausend Kilometern. Sie besteht aus Gasen, Staub und Asche, enthält Kohlendioxid und Schwefel. Wie aus dem Bild ersichtlich, treibt der vorherrschende Wind den Rauch in Richtung afrikanische Küste (Tunesien, Libyen). Satelliten sind in der Lage, stets aktualisierte Informationen zu diesen Phänomenen bereitzustellen, z.B. für den Flugverkehr.

Merke:
Nach menschlichem Zeitgefühl geht die Verschiebung der tektonischen Platten nur sehr langsam vonstatten (einige Zentimeter pro Jahr). Aber auch diese langsamen Bewegungen summieren sich: so driftete Indien in den vergangenen 70 Millionen Jahren über 2 000 km Richtung Norden!

Zu Bild 3: Der Ätna – der aktivste Vulkan Europas

Der Ausbruch im Juli 2001: Rauch steigt aus dem Krater des Ätna auf. Die flüssigheiße Lava ist in Rot zu erkennen. Erkaltete jüngere Lavaströme an der Flanke des Vulkans erscheinen schwarz, ältere verwitterte rötlich. Die Küstenstadt Catania ist auf der unteren Bildseite zu sehen. Die Böden, die sich aus vulkanischem Material entwickeln sind sehr fruchtbar, doch die Bodenbildung dauert bei subtropischem Klima über 100 Jahre. (Aufnahme von Spot-5).

Zu Bild 4: Die Stadt Catania am Fuße des Ätna.

Aktive Vulkane wie der Ätna brechen relativ häufig aus. Aus diesem Grund ist die ständige Beobachtung und Überwachung dieser Vulkane mit herkömmlichen Methoden am Boden oder mithilfe von Satelliten unerlässlich. An jedem aktiven Vulkan gibt es dazu ständig besetzte Beobachtungsstationen.
Im Jahr 1669 wurde ein Teil der Stadt Catania von einem Lavastrom zerstört.
In Bild 5 ein nächtlicher Ausbruch des Ätna. Im Hintergrund sind die Lichter von Catania zu erkennen.

Zu Bild 6: Schema eines Vulkans

Etwa 10 km unter der Erdoberfläche befindet sich ein großes Magma-Reservoir. Bei großem Druck, z.B. durch eine Plattenverschiebung, steigt die Gesteinsschmelze auf und der Vulkan bricht aus. Dieser Druck ist manchmal so stark, dass er den Vulkan einige Zentimeter anhebt. Beim Ausbruch werden auch riesige Felsbrocken aus der festen Erdkruste herausgerissen und nach oben befördert. Dies sind die sog. Bomben. Die zähe Gesteinsschmelze zerbirst beim Verlassen des Kraters wegen der Druckentlastung in feinste Teilchen. Das bildet die sog. Asche. Der austretende Rauch enthält diese Asche und Gase mit Kohlendioxid und Schwefel. Die grobe Asche fällt in der Nähe des Austrittskraters zu Boden (Ascheschicht des Vulkans). Wenn flüssiges Gestein in großen Mengen als Lavastrom austritt, so erhöhen auch diese Schichten den Vulkan.

Zu Bild 7: Zentimetergenaue Radar-Messungen (Interferometrie)

Auf dieser Darstellung sind zehn Farbbänder zu sehen, die in vier Farbzyklen (gelb-rot-violett) um den Vulkan angeordnet sind. Jeder Farbzyklus entspricht einer ca. 2,8 Zentimeter großen Hebung des Vulkans, d. h. die Vulkanspitze hat sich zwischen den Messungen um etwa 11 Zentimeter erhöht.

Die präzise Vergleich von Radarsignalen ermöglicht nicht nur die Bestimmung des Reliefs, sondern auch die Messung von kleinen Erdbewegungen (z. B. bei Erdbeben, bei Vulkanausbrüchen oder vor dem Abgang eines Bergsturzes).

Ein Radar sendet Mikrowellenimpulse, die von der Erdoberfläche (einem Vulkan, einem Berg, einer Stadt, einem Wald, etc.) wie ein Echo zurückgeworfen und anschließend vom Satelliten aufgezeichnet werden. Um festzustellen, ob die Erdoberfläche sich auch nur um wenige Millimeter bewegt hat, genügt es, im Abstand von einigen Tagen Radarmessungen aus dem All vorzunehmen. Stimmen die von allen Objekten am Boden zurückgeworfenen Wellen nicht exakt überein, bedeutet dies, dass sich der Boden an dieser Stelle um einige Millimeter bewegt hat.

Seite 5: Der Ausbruch des Ätna im Jahr 2001

Lavaströme und insbesondere Glutwolken können sich mit hoher Geschwindigkeit talwärts bewegen und alles zerstören, was sich ihnen in den Weg stellt.

Die durch Lavaströme und Glutwolken verursachten Schäden können beträchtliche Ausmaße erreichen. Mithilfe der Satellitenbeobachtung wird die Entwicklung eines Vulkanausbruchs überwacht und die Bewegung der Lavaströme verfolgt. Zudem können Satelliten auch die einem Ausbruch vorangehenden Erdbewegungen und Temperaturänderungen messen.

Zu den Bildern 9 und 11: Lavazungen des Ätna

Auf diesem Satellitenbild ist die Ausdehnung der frisch ausgeflossenen Lava in Rot zu erkennen. Links davon befindet sich ein älterer Lavastrom, der die Straße zerstört hatte. Diese wurde neu durch den Lavastrom gebaut, was deutlich zu erkennen ist. (Aufnahme von Spot).

Zwischen dem Vulkanausbruch, dem Überflug des Satelliten, der Datenübertragung, der Bildbearbeitung, der Übermittlung der Bilder an die Lokalbehörden und der Ausgabe von Warnungen vor Ort verstreicht immer eine gewisse Zeit. Aus diesem Grund stellen Satelliten zwar nicht das wichtigste Präventionsmittel dar, sind jedoch äußerst nützlich für die Bedarfsbewertung und Schadensbeurteilung nach einer Katastrophe sowie die Planung der Rettungseinsätze. So vermitteln sie beispielsweise aktuelle Informationen über die Straßenverhältnisse und die Zugangswege in die betroffenen Gebiete. Dank dem durch Satelliten bereitgestellten Gesamtüberblick ist es zudem möglich, bei Noteinsätzen die Prioritäten besser festzulegen.

Die Funktionen von Erderkundungssatelliten

Die Internationale Charta zum Katastrophenmanagement

Für die Bereitstellung aller nützlichen Informationen bei einer Katastrophe reicht ein einziger Satellit nicht aus, da er sich zum Zeitpunkt des Ereignisses auf der anderen Seite der Erde befinden kann. Zudem ist ein Satellit, der Bilder im sichtbaren Bereich aufzeichnet, nicht einsatzfähig, falls sich die betroffene Region unter einer Wolkendecke befindet oder die Katastrophe nachts ausbricht. In diesem Fall ist ein Radarsatellit am besten geeignet. Die europäische Weltraumorganisation und verschiedene Raumfahrtagenturen mehrerer Länder haben eine Vereinbarung getroffen, die eine Bündelung und Koordination der im Weltraum stationierten Beobachtungsinstrumente ermöglichen. Die auf den Namen „Internationale Charta zum Katastrophenmanagement“ getaufte Vereinbarung legt fest, wie diese technischen und wissenschaftlichen Instrumente im Katastrophenfall den Behörden zur Verfügung gestellt werden.

Funktionsweise der Charta

Im Katastrophenfall wird im Rahmen dieser internationalen Charta die Aufnahme von Satellitenbildern als oberste Priorität organisiert. Die Charta kommt auf Antrag der Zivilschutzbehörden bei einer Katastrophe zur Anwendung, die Menschenleben gefährdet oder beträchtliche Sachschäden verursacht.
Diese internationale Koordinationsarbeit ist das Ergebnis einer europäischen Initiative. Im Januar 2007 vereinigte sie folgende Organisationen:

• Europäische Weltraumorganisation (ESA)
• Centre national d’études spatiales (Cnes) – Frankreich
• Kanadische Raumfahrtagentur (CSA)
• Indian Space Research Organisation (ISRO)
• National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) – USA
• Argentinische Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE)
• JJapan Aerospace Exploration Agency (JAXA)
• US Geological Survey (USGS)
• DMC International Imaging / British National Space Center (BNSC)
• Chinese National Space Administration (CNSA)