Elektrische Verbindungstechnik

Frühzeitige Warnung vor dem Vulkanausbruch

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Fast 20 Jahr ist es her, dass der isländische Vulkan Hekla zuletzt ausgebrochen ist. Doch je länger die Ruhepause, desto heftiger könnte der nächste Ausbruch werden. Rechtzeitig Alarm schlagen soll ein Frühwarnsystem. Ein Spezialkabel sichert den Energie- und Datenfluss.

Bernd Müller
Freier Journalist in Bonn

Bislang war die Hekla ziemlich zuverlässig: Der Druck unter ihrer Kruste entlud sich ungefähr alle zehn Jahre – zuletzt 1970, 1980, 1991 und im Jahr 2000. Bei diesen Ausbrüchen spie der Vulkan bis zu 30 km hohe Aschefontänen in den Himmel über Island. Allerdings: So gleichmäßig die Abstände zwischen den früheren Eruptionen waren, so schwierig war es für die wissenschaftlichen Beobachter, im Vorfeld Sicherheitsmaßnahmen zu veranlassen. Denn die rund um den Krater platzierten Seismometer schlugen erst 30 bis 80 Minuten vor dem jeweiligen Ausbruch Alarm. Das ist extrem kurz. Zu kurz, um noch wirksame Sicherheitsmaßnahmen zu treffen.

Lange Pause erhöht die Gefahr

Die Vulkanologen um Martin Möllhoff im irischen Dublin beobachten die Hekla seit vielen Jahren. Zu ihren Aufgaben gehört es, den isländischen und andere Vulkane rund um den Globus zu überwachen und ihre Vorwarnsysteme stetig zu verbessern. Möllhoff leitet die technische Abteilung an der School of Cosmic Physics des Institute for Advanced Studies. Neben der kurzen Vorwarnzeit bereitet den Wissenschaftlern auch die lange Ruhephase der Hekla – mittlerweile fast doppelt so lang wie bisher üblich – Kopfzerbrechen. Denn, so der Geophysiker: „Je länger die Ruhephase dauert, umso heftiger wird der Ausbruch.“

Sechs Seismometer hat das Team am Rande des isländischen Kraters installiert. Das Wirkprinzip der Messgeräte ist relativ einfach: In einem Metallzylinder befindet sich eine Masse aus einer temperaturstabilen Metalllegierung. Diese wird mittels einer elektronischen Rückkopplungsschleife praktisch bewegungslos auf ihrer Position innerhalb des Zylinders gehalten. Wenn sich der Untergrund bewegt, etwa durch minimale Verschiebungen als Vorboten einer Eruption, bewegt sich auch das Gehäuse. Die Masse hingegen bleibt aufgrund ihrer Trägheit bewegungslos – dadurch verändert sich ihre Position innerhalb des Zylinders.

Kleinste Bewegungen registriert

Die Rückkopplungsschleife übt, je nach Fabrikat, eine magnetische oder eine elektrostatische Gegenkraft aus. Der entscheidende Messwert ist die Spannung, die zur Erzeugung dieser Gegenkraft benötigt wird. Dieser Messwert wird digital erfasst und signalisiert den Vulkanologen, was sich im Untergrund tut. Die Messmethode ist extrem genau: Die Seismometer registrieren selbst kleinste Bewegungen in der Erdkruste von wenigen Nanometern.

Die Bewegungsdaten der meisten Vulkane werden gespeichert und alle paar Wochen ausgelesen. Das spart Energie und reicht in aller Regel aus, um die Aktivität des jeweiligen Vulkans „im Griff“ zu haben. Da die Hekla allerdings extrem kurze Vorwarnzeiten hat, werden ihre Daten sofort übermittelt. Und zwar über ein Kabel von Lapp, das nicht nur die Daten transportiert, sondern zugleich auch als Elektrokabel für die Versorgung der Seismometer mit Betriebsstrom dient. Den Strom liefern drei kleine Windräder und eine Solarzelle.

Das Kabel aus dem Lapp-Portfolio hat Johan Rönning geliefert. Das Unternehmen ist Marktführer für elektrotechnische Ausrüstung in Island. Es vertreibt seit 1985 Produkte von Lapp und liefert die elektrischen Komponenten für die meisten Installationen der Geophysiker um Martin Möllhoff. Óskar Gústavsson, Key Account Manager bei Johan Rönning, ist „sehr glücklich mit der Kooperation.“

Harten Belastungen ausgesetzt

Im harten Vulkanboden lässt sich das Kabel nicht vergraben. Also wird es einfach ausgerollt und liegt auf dem messerscharfen Vulkangestein. Damit ist es harten mechanischen Belastungen ausgesetzt, es muss aber auch den bisweilen extrem niedrigen Temperaturen im isländischen Winter ebenso trotzen wie der Hitze im Gestein. Denn auf der dünnen Erdkruste des mittelatlantischen Rückens herrschen bereits in einem halben Meter Tiefe Temperaturen von 50 °C. Überdies entweichen an manchen Stellen hochkorrosive Gase aus dem Erdreich.

Bergur Bergsson zeichnet für die Wahl des Daten- und Stromkabels verantwortlich. Der Ingenieur am meteorologischen Büro in Island hatte gezielt nach einem Ethernet-Kabel gesucht, das mit Vaseline (Fachbegriff: Petrolat) gefüllt ist. Es sollte über vier Twisted-Pair-Adern verfügen, eine gute Abschirmung und einen sehr robusten Außenmantel haben, damit ihm die widrigen Bedingungen auf dem Vulkangestein nichts anhaben können. Solche Kabel werden üblicherweise in der Telekommunikation eingesetzt.

Abgeschirmte Aderpaare „schwimmen“ in Petrolat

Das Kabel von Lapp erfüllt die Anforderungen. Seine vier Aderpaare sind für die Abschirmung mit einem Aluminium-beschichteten Kunststoffband umhüllt. Der PE-Außenmantel ist UV-beständig und querwasserdicht. Die abgeschirmten Aderpaare „schwimmen“ in Petrolat. Falls jemals doch Wasser an den Enden oder durch Risse ins Kabel eindringen sollte, verhindert das Petrolat, dass es sich ausbreitet.

Das eingesetzte Kabel erfüllt laut Martin Möllhoff alle Anforderungen der Vulkanologen. Die Datenübertragung, die über getrennte Aderpaare in beide Richtungen erfolgt, sei verlässlich und stabil, die Energieversorgung der Seismometer mit 60 V Gleichspannung absolut zuverlässig. Kurz: Die gesamte Anlage arbeite einwandfrei.

Dank der Verbindungslösung von Lapp greifen die Geophysiker von Dublin oder Reykjavik aus auf die Seismometer zu. Das erste Messinstrument sammelt jeden Monat rund 1,5 GB an Daten und sendet sie auf die Computer der Wissenschaftler.

Noch immer bleibt es ruhig um und in der Hekla. Die Seismometer registrieren bislang nichts, was auf eine bevorstehende Eruption hinweisen würde. Umso gespannter sind die Wissenschaftler auf die Daten, die sie beim nächsten Ausbruch erhalten. Denn davon versprechen sie sich Erkenntnisse, die ihnen helfen, ein dauerhaftes Frühwarnsystem auch für andere Vulkane zu entwickeln. Und damit die Sicherheit für die Bewohner vulkannaher Regionen weiter zu erhöhen.



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