Drohnen sollen künftig Vulkanausbrüche besser vorhersagen – Forscher entwickeln neue Messtechnik mit Laser und KI
Neue Messtechniken könnten die Vorhersage von Vulkanausbrüchen künftig um Einiges verbessern. So nutzen Forschende inzwischen Drohnen, Laser und künstliche Intelligenz, um herauszufinden, wie sich das Gas über aktiven Vulkanen genau verteilt. Mithilfe digitaler Karten lassen sich dann Warnsignale früher und zuverlässiger erkennen als bisher.
Vulkane kündigen ihre Aktivität oft lange vor einem Ausbruch durch veränderte Gase an. Diese Signale möglichst genau zu erfassen, ist wichtig, um Gefahren für die Bevölkerung besser einschätzen zu können. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat dafür nun ein neues Messsystem entwickelt.
Statt ausschließlich am Boden zu messen, kommen nun Drohnen zum Einsatz, die oberhalb der Gaswolken fliegen. Dadurch werden störende Einflüsse aus der Umgebung reduziert. „Das ist präziser und sicherer“, sagt Prof. Achim Lilienthal, stellvertretender Direktor des Robotikinstituts TUM MIRMI.
Frühwarnsystem für gefährliche Vulkane
Erprobt wird die Technik auf der Liparischen Insel Vulcano vor Sizilien. Ein Laser auf einem kleinen Bodenfahrzeug verfolgt automatisch eine Drohne, die mit einem Reflektor ausgestattet ist. Der ausgesandte Strahl durchquert die vulkanische Gaswolke, wird reflektiert und kehrt zum Messgerät zurück.
Auf seinem Weg verliert der Laser einen Teil seiner Intensität. Ursache ist die Absorption durch das jeweils untersuchte Gas, in diesem Fall Kohlendioxid. Aus dieser Abschwächung lässt sich dessen Konzentration entlang der Messstrecke bestimmen.
Während eines zehn- bis fünfzehnminütigen Fluges absolviert die Drohne eine festgelegte Route in bis zu 60 Metern Entfernung vom Laser. Das System sammelt dabei bis zu 3000 Messwerte.
Veränderungen im Gasgemisch werden sichtbar
Ein Algorithmus verarbeitet die Daten zu einer Karte, die zeigt, wie die Gase in einer bestimmten Höhe verteilt sind. Zusätzlich fließen die örtlichen Windverhältnisse in die Berechnungen ein. Vorangegangene Tests im Windkanal zeigten eine Genauigkeit mit einer Abweichung von lediglich rund fünf Prozent.
Ausschlaggebend ist das Verhältnis von Kohlendioxid zu Schwefeldioxid. Beide Gase lösen sich unterschiedlich gut im Magma. Verändert sich der Druck im Erdinneren, ändert sich auch ihre Zusammensetzung im austretenden Gas. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die Vorgänge unter der Oberfläche ziehen.
„Unser Ziel ist, das Messen und Kartieren zu automatisieren und einer künstlichen Intelligenz die Interpretation der Daten zu übergeben“, erklärt Lilienthal.
Auch andere Forschungsteams arbeiten an neuen Messverfahren. An der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz setzen Wissenschaftler auf Sensoren, die direkt an Bord der Drohnen die chemische Zusammensetzung der Luft analysieren.
„Wir fliegen direkt in die Vulkanfahne hinein und können so die Konzentration entlang der abgeflogenen Wege bestimmen“, sagt Chemiker Prof. Thorsten Hoffmann von der Uni Mainz.
Untersuchungen am Ätna, auf Vulcano und in den Phlegräischen Feldern bei Neapel zeigen, dass jeder Vulkan ein charakteristisches Gasmuster besitzt. Kurz vor einem Ausbruch verändert sich häufig die Zusammensetzung.
„Dann steigt zum Beispiel das Verhältnis von Kohlendioxid zu Schwefeldioxid erst stark an und fällt dann noch vor dem Beginn des Ausbruchs wieder ab“, beschreibt Vulkanologin Nicole Bobrowski von der Universität Heidelberg das typische Muster. Gemeinsam mit geophysikalischen und Temperaturdaten könnten solche Messungen künftig die Vorhersage von Vulkanausbrüchen deutlich zuverlässiger machen.
Artikelreferenz
Schaab, M., Kiefer, A., Wiedemann, T., Hinsen, P., & Lilienthal, A. J.. (2026). Visual Cooperative Drone Tracking for Open-Path Gas Measurements.
Schaab, M., Karbach, N., Rabe, A., Wiedemann, T., Hinsen, P., Shutin, D., Hoffmann, T., & Lilienthal, A. J.. (2026). Towards Drone-based Mapping of Volcanic Gases using Gas Tomography.