GKSS-Wissenschaftler treffen nach Vulkanausbruch Aussagen zur Konzentration von Aschepartikeln
Gegen die Vorhersagen des Volcanic Ash Advisory Centre (VAAC) in London zur Ausbreitung der Aschewolke über Europa richtete sich seitens einiger deutscher Airlines Kritik, da diese keine genauen Aussagen zur Aschekonzentration in der Atmosphäre lieferten. Wissenschaftlern des GKSS Forschungszentrums Geesthacht gelang es, den Ausbreitungsvorgang zu rekonstruieren und Aussagen zur Konzentration von Aschepartikeln zu treffen.
Dynamik der Aschewolke in der Höhe zwischen 2000 und 7000 Metern; 14. bis 21. April 2010 Foto: HZG/Volker Matthias
Infolge des Ausbruchs des isländischen Vulkans Eyjafjallajökul verbreitete sich Mitte bis Ende April 2010 eine Aschewolke über Europa, die gravierende Behinderungen des Flugverkehrs zur Folge hatte. Da die Asche Triebwerke beschädigen kann, durften Maschinen lange Zeit den Luftraum nicht durchqueren. Flughäfen blieben geschlossen. Einige deutsche Airlines zweifelten an der Notwendigkeit der Flugeinschränkungen.
Das VAAC überwacht Bewegungen von Vulkanasche-Wolken für die internationale Luftfahrt und lieferte dem Deutschen Wetterdienst notwendige Daten, mit denen die Ausdehnung der Wolke eingeschätzt und Informationen an das Verkehrsministerium abgegeben werden konnten. „Diese Daten enthalten allerdings keine Aussagen zur tatsächlichen Konzentration der Aschepartikel“, erklärt Volker Matthias, Wissenschaftler am GKSS-Forschungszentrum.
Deshalb bezweifelten die Airlines, dass die zahlreichen Flugausfälle tatsächlich in diesem Umfang notwendig waren. „Um verlässliche Aussagen über die Konzentration von Aschepartikeln treffen zu können, haben wir berechnete Werte der durch die Aschepartikel erzeugten Lichtschwächung mit gemessenen Werten verglichen“, ergänzt der Mitarbeiter am Institut für Küstenforschung.
Rekonstruktion des Ausbreitungsvorgangs der Aschewolke
Simulation der Vulkanasche-Konzentration zwischen ca. 2000 und 7000 Metern Höhe am 17. April 2010 (rechts). Links zum Vergleich die vom Volcanic Ash Centre vorhergesagte Ausbreitung (rote Linie). Foto: HZG/Volker Matthias, Volcanic Ash Advisory Centre (VAAC)
GKSS-Mitarbeiter rekonstruierten mit mathematischen Modellen den Ausbreitungsvorgang der Wolke. Die Befunde der Forscher bestätigten die Ausbreitung der Aschewolke wie sie vom VAAC prognostiziert wurde, zusätzlich ließen diese auch wichtige Abschätzungen der Konzentration von Aschepartikeln in verschiedenen Höhen und der wahrscheinlichen Stärke des Ascheausstoßes zu.
Es wurde deutlich, dass die Ascheverteilung räumlich sehr inhomogen war, so wurden z.B. am 19. April Aschekonzentrationen von etwa 50 Mikrogramm pro Kubikmeter über Süddeutschland berechnet, während die Luft im Norden Deutschlands relativ sauber war.
Die Simulationsrechnungen wurden mit den im Internet verfügbar gemachten vorläufigen Ergebnissen eines Messfluges des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt vom 19. April zwischen 15:00 und 18:00 UTC abgeglichen. Dabei deckten sich sowohl das mit den Modellen berechnete räumliche Muster der Aschewolke als auch die modellierte Aerosolkonzentration im Rahmen der Messgenauigkeit.
Aussagen über die Konzentration von Aschepartikeln
Zudem wurden Aussagen über die Konzentration der Aschepartikel durch einen Vergleich der simulierten optischen Dicke bzw. Lichtschwächung der Ascheschicht mit gemessenen Daten abgesichert. Die Messdaten lieferten die Bodenmessstationen des Aerosol Robotic Network (AERONET) in Hamburg, Helgoland, Leipzig, Cabauw (Niederlande), Lille (Frankreich) und Chilbolton (UK).
Anschließend wurden diese mit mehreren Modellrechnungen, die sich hinsichtlich der angenommenen Emissionsstärke des Vulkans unterschieden, verglichen. Als wahrscheinliches Szenario erschien, dass der Vulkan zunächst etwa vier Tonnen kleiner, weit transportierbarer Aschepartikel pro Sekunde ausstieß, die Emissionen dann aber bis zum 21. April deutlich zurückgingen.
Die Forscher deuten diese Befunde als Bekräftigung, dass nur eine Kombination von Messungen und Simulationsrechnungen verlässliche Aussagen erlaubt, sowohl über die räumliche und zeitliche Dynamik als auch über die Konzentrationen von Vulkanasche.