Im Blick der ESA-Satelliten: der Ätna

Der etwa 3500 Meter hohe Ätna gilt den Sizilianern traditionell als „Volcano buono“, als gutmütiger Vulkan. Der an der Kreuzung von zwei Rissen im Erdmantel gelegene Feuerberg ist ständig aktiv. In regelmäßigen Abständen kommt es auch zu größeren Ausbrüchen. Explosionsartige Eruptionen mit katastrophalen Folgen aber hat es seit Jahrhunderten nicht gegeben. Das Magma des Ätna ist vergleichsweise dünnflüssig, so dass die enthaltenen Gase leicht entweichen können. Magma- oder Gesteinspfropfen, unter denen sich ein enormer Druck aufbauen könnte, waren daher kaum zu erwarten. Eine Untersuchung der Lava nach den Ausbrüchen im Sommer 2001 zeigte jedoch, dass sich das Magma des Ätna verändert, zähflüssiger wird. Und auch die heftigen Ausbrüche Ende Oktober dieses Jahres deuten darauf hin, dass der bislang gutmütige Riese anfängt, gefährlich zu werden. Dr. Werner Thomas vom Institut für Methodik der Fernerkundung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) vertritt die Ansicht, dass die jüngsten Ausbrüche den Beginn einer neuen Phase in der Aktivität des größten europäischen Vulkans markieren. „Wie schon bei den Ausbrüchen des Ätna im Juli und August 2001 registrierten mehrere Satellitensensoren auch diesmal dichte Aschewolken und Gasemissionen“, so Thomas.

Überwachung des unberechenbaren Riesen

Aufschlussreiche Daten zur Schadstoffbelastung durch den Ausbruch lieferten der Spurengas-Sensor GOME (Global Ozone Monitoring Experiment)an Bord des Erderkunders ERS-2 sowie das abbildende Spektrometer MERIS(Medium Resolution Imaging Spectrometer)des neuen ESA-Umweltsatelliten Envisat. Das GOME-Instrument erlaubt die detaillierte Spektralanalyse des Sonnenlichts, das von Spurenstoffen in der Atmosphäre zurückgestrahlt wird. So kann die Konzentration von Ozon und vielen anderen Spurengasen äußerst genau bestimmt werden. Auch MERIS zerlegt von der Erde zurückgestrahltes Licht in seine spektralen Bestandteile und liefert so detaillierte Daten über Schwebepartikel in der Luft und über die Wolkendecke. Und nicht zuletzt hat auch das Spektrometer CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer) an Bord des Technologiesatelliten PROBA Bilder von der Abgasfahne des Ätna zur Erde übermittelt.

Gewaltige Schwefeldioxid-Schleuder

Nach den Ausbrüchen am 27. und 28. Oktober registrierte der Spurengas-Sensor GOME einen drastischen Anstieg der Schwefeldioxid-Werte in der Atmosphäre. „In der Abgasfahne wurde eine Schwefeldioxid-Konzentration von rund 10 Dobson-Einheiten gemessen, also eine mindestens zwanzigfach höhere Konzentration als üblich“, erläutert Thomas. Die Dobson-Einheit (DU) ist ein Maß für die Konzentration von Gasen in einer Luftsäule von 70 km Höhe über einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche. Für Schwefeldioxid SO₂ liegt dieser Wert in der Regel bei 0,5 DU.
In der 8 bis 17 km breiten Troposphäre - der untersten Schicht der Erdatmosphäre, in der sich das gesamte Wettergeschehen abspielt – ist Schwefeldioxid einer der Hauptverantwortlichen für den so genannten sauren Regen. Und in der Stratosphäre, d.h. in 11 bis 50 km Höhe, bilden sich aus der giftigen Schwefelverbindung extrem stabile Sulfat-Aerosole, die gravierende Folgen für die globale Klimaentwicklung haben können. Der Ätna gilt als eine der größten Schwefeldioxid-Quellen weltweit.

Die ersten Daten nach dem aktuellen Ausbruch lieferte GOME am 29. Oktober gegen 10.15 Uhr UTC. Wie die Abbildung zeigt, waren südöstlich von Sizilien eindeutig erhöhte Konzentrationen von Schwefeldioxid in der Troposphäre festzustellen. Das vom Ätna ausgestoßene Spurengas war vom Wind in diese Richtung geweht worden.

Ascheausstoß mit globalen Folgen

Während der Ausbrüche schleuderte der Ätna Lava und Asche mit Geschwindigkeiten bis zu 450 m/s in den Himmel. Neben dem Hauptkrater spien mindestens neun neue Krater Feuer, die sich an den Bergflanken zwischen 2300 und 2700 Metern Höhe geöffnet haben.
Wie die Daten des Envisat-Instruments MERIS vom 28. Oktober belegen, gelangten dabei neben Schwefeldioxid große Aschemassen in die Atmosphäre. Die Aufnahme zeigt die Rauchfahne des Vulkans, die sich südlich und westlich von Sizilien bis zur Nordküste Afrikas erstreckt. Während die gröberen Aschepartikel nach kurzer Zeit zur Oberfläche niedersinken, halten sich feine schwefelsaure Schwebstoffe, die durch das Schwefeldioxid entstehen, unter Umständen jahrelang in der Luft.
Diese Aerosole beeinflussen den Energiehaushalt der Erde, und zwar nicht nur in der Region des Ausbruchs, sondern weltweit. Atmosphärische Schwebestoffe, die Graphit- und Kohlenstoffpartikel enthalten, sind schwarz und absorbieren dadurch das Sonnenlicht. Damit verringern sie die Sonneneinstrahlung, so dass die Erdoberfläche abkühlt. Die Atmosphäre hingegen heizt sich durch die absorbierte Sonnenenergie auf.

Mit dem Spektrometer MERIS lässt sich die räumliche Verteilung der Aerosol-Fahnen genau erfassen. Damit kann die Belastung der Luft mit Schwebepartikeln bestimmt und deren Rolle als Kondensationskerne für die Tropfenbildung in Wolken untersucht werden. Damit wiederum kann man die Auswirkungen auf den globalen Wasserkreislauf genau bestimmen.

Ätna-Bilder vom High-Tech-Zwerg

Auch der ESA-Technologiesatellit PROBA (PRoject für On-Board Autonomy) lieferte Bilder des Feuerspuckers. Die knapp zwei Zentner schwere und kaum kühlschrankgroße High-Tech-Experimentierplattform ist seit einem Jahr im All und testet neben bordautonomer Steuerungstechnologie auch hochentwickelte Instrumente zur Erkundung von Erde und Weltraum. Die am 30. Oktober aufgenommenen Ätna-Bilder demonstrieren das Leistungsprofil des Hauptinstruments CHRIS. Das hochauflösende bilderzeugende Spektrometer erlaubt eine detaillierte Erd- und Umweltbeobachtung. Die hier gezeigten Bilder des Ätna hat CHRIS in vier Standard-Spektralbändern aufgenommen. Das Instrument ist aber in der Lage, die Erdoberfläche in bis zu 19 Spektralkanälen zu erfassen, vom sichtbaren bis in den nahen Infrarot-Bereich.