Auf einem Vulkan vor Sizilien kartieren Drohnen die Gase, die eine Eruption ankündigen

Auf der kleinen Insel Vulcano vor der Küste Siziliens zieht eine Drohne langsam ihre Bahn durch treibenden, schwefligen Dampf, während sie vom Kraterrand aus von einem Laser verfolgt wird. Die Szene wirkt unwirklich, doch ihr Zweck ist handfest: Sie soll die Chemie im „Atem" eines Vulkans lesen, bevor er sich regt.

Ein Team der Technischen Universität München (TUM) um den Robotikforscher Achim Lilienthal hat ein System entwickelt, das vulkanische Gase aus sicherer Entfernung misst. Ein Laser auf einem kleinen, selbstausrichtenden Wagen fixiert einen Reflektor an der Drohne. Durchquert der Strahl die Gaswolke, wird ein Teil von ihm absorbiert – und aus dieser leichten Abschwächung lässt sich die Menge an Kohlendioxid in der Luft berechnen.

Tausende Messungen, zu einer Karte verdichtet

Auf einer vorgegebenen Route in bis zu 60 Metern Entfernung sammelt die Drohne in 10 bis 15 Minuten bis zu 3.000 Messwerte. Ein Algorithmus verwandelt sie – unter Berücksichtigung des örtlichen Windes – in eine Karte der Gaskonzentrationen über dem Krater. In Windkanaltests war die Methode laut TUM auf etwa fünf Prozent genau.

Worauf es den Forschenden vor allem ankommt, ist ein Verhältnis. Steigt Magma auf, setzt es mehr Gas frei, und das Verhältnis von Kohlendioxid zu Schwefeldioxid verschiebt sich. Dieses Verhältnis im Blick zu behalten, kann auf steigenden Druck in der Tiefe hindeuten – ein Frühzeichen dafür, dass sich eine Eruption aufbaut.

Ein zweites deutsches Team der Johannes Gutenberg-Universität Mainz um den Chemiker Thorsten Hoffmann geht einen anderen Weg und fliegt mit bordeigenen Sensoren direkt durch die Fumarolen – Öffnungen, aus denen Gas mit 100 bis 140 Grad Celsius entweicht. Ihre nur 2,5 Kilogramm schwere Drohne mit dem Spitznamen „Tina" entnimmt Proben mitten aus der Wolke.

Menschen aus der Gefahrenzone halten

Der gemeinsame Vorteil ist die Sicherheit. Bislang bedeuteten solche Gasmessungen oft, dass Forschende mit Masken in ätzende Wolken liefen oder Gipfel erklommen, die zu Fuß kaum erreichbar sind. Eine Drohne kann in die verdünnten Ränder einer Wolke gleiten, bei drehendem Wind ausweichen und mit Daten zurückkehren, die niemand persönlich sammeln sollte.

Vulcano, dessen letzte Eruption im späten 19. Jahrhundert liegt, war ein ruhiges Testfeld. Als Nächstes wollen die Teams ihre Drohnen zum Ätna bringen, wo gerade eine neue Eruption begonnen hat.