Überwachung aktiver Vulkane

Quantifizierung magmatischer Förderraten und Überwachung der Stabilität aktiver Vulkandome mittels differentieller digitaler Elevationsmodelle (DDEM)

Die Bestimmung des Volumens von eruptiertem Material während vulkanischer Aktivitätsphasen ist einerseits für die Einschätzung der Gefährdung der ansässigen Bevölkerung von immenser Bedeutung, andererseits eine große Herausforderung in der Vulkanforschung. Dies gilt insbesondere für dombildende Vulkane, die weltweit zu den gefährlichsten geologischen Objekten gehören. Eine Möglichkeit zur Ermittlung der Menge des ausgestoßenen Materials beruht auf dem Vergleich von Geländemodellen des Vulkans vor, während und nach einer Eruption. Klassische Methoden zur Bestimmung digitaler Geländemodelle (DGM) mit Hilfe geodätischer Vermessung, photogrammetrischer Verfahren oder interferometrischer Auswertung von Radarbildern (InSAR) sind hierfür in der Regel nicht anwendbar, da einerseits das Gelände oft unzugänglich oder wegen Gas- und Aschewolken für optische Messungen nicht einsehbar ist, andererseits die Kohärenz der Radarbilder aufgrund starker Oberflächenveränderungen nicht gewährleistet ist.


Die Satellitenmission TanDEM-X überwindet einige Einschränkungen der klassischen monostatischen Interferometrie, bei der Radarbilder miteinander verglichen werden, die mit einem zeitlichen Abstand von Tagen oder Wochen aufgezeichnet wurden. TanDEM-X besteht aus einer Formation von zwei nahezu identischen Satelliten, die simultan zwei Radarbilder aus leicht unterschiedlicher Position aufzeichnet. Im Gegensatz zu monostatischen Aufnahmen kann mit diesem bistatischen Aufnahmemodus aus jedem einzelnen Überflug des Satellitenpaares ein DGM berechnet werden, wodurch der Einfluss von zeitlichen Änderungen der Rückstreu- und atmosphärischen Bedingungen vernachlässigbar wird.

Die Fallstudien zeigen, dass verschiedene mit Volumen- und Topographieänderungen einhergehende Phänomene an aktiven Vulkanen anhand von bistatischen TanDEM-X-Aufnahmen mit hoher Genauigkeit untersucht werden können.

Literatur
  • Kubanek, J., Westerhaus, M., Heck, A., Raible, B., Heck, B. (2018): TanDEM-X in volcanology: Achievements and perspectives. In EUSAR 2018; 12th European Conference on Synthetic Aperture Radar (pp. 1-6). VDE. DOI 10.1007/s00445-015-0989-9.
  • Kubanek, J.; Richardson, J.A.; Charbonnier, S.J.; Connor, L.J. (2015): Lava flow mapping and volume calculations of the 2012-13 Tolbachik, Kamchatka fissure eruption using bistatic TanDEM-X InSAR. Bulletin of Volcanology 77(106)::1–13, DOI 10.1007/s00445-015-0989-9.
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  • Kubanek, J.; Westerhaus, M.; Schenk, A.; Aisyah, N.; Brotopuspito, K.S.; Heck, B. (2015): Volumetric change quantification of the 2010 Merapi eruption using TanDEM-X InSAR. Remote Sensing of Environment 164:16-25. 16–25, DOI 10.1016/j.rse.2015.02.027.
  • Kubanek, J.; Westerhaus, M.; Varley, N.; James, M.R.; Heck, B. (2014): On using bistatic TanDEM-X data for volcano monitoring. Proc. of 10th European Conference on Synthetic Aperture Radar 2014 (EUSAR), Berlin, Germany, 3-5 June 2014
Hansjörg Kutterer
Hansjörg Kutterer
Universitätsprofessor, Sprecher der kollegialen Institutsleitung

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