Lesen von K-lauea in Hitze: Wie FLIR T865 vulkanische Aktivität in messbare Daten umwandelt
Eine technische Zusammenstellung der Fallstudie zur Feldarbeit und Datenanalyse mit der T865 Wärmebildkamera und 70 mm 6° IR-Linse
Radiometrische Bildgebung oder thermische Infrarotbilder, die die absolute Temperatur messen, sind eines der leistungsfähigsten Fernerkennungswerkzeuge, die für vulkanische Observatorien verfügbar sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen visuellen Kameras verwandelt es Wärme in quantitative Daten und ist somit ideal für die Erkennung subtiler Änderungen, die häufig Eruptionen oder Verschiebungen im Entgasungsverhalten vorausgehen.
Radiometrische Sensoren messen die Temperaturwerte auf Pixelebene, nicht nur die relative Helligkeit. Dies ermöglicht es vulkanischen Observatorien wie USGS, Hawaiian Volcano Observatory oder INGV, Zeitreihen-Datensätze des thermischen Verhaltens über Lüftungsöffnungen, Fissuren und Fahnenstrukturen hinweg zu erstellen.
Der FLIR T865 wurde nun vor Ort getestet, um Daten der periodischen Eruptionsepisoden des Kilauea-Vulkans im Nationalpark der Hawaii-Vulkane der USA zu sammeln.
Die gesammelten Datensätze können die unterstützenden Maßnahmen fortsetzen: Eruptionsprognose und Frühwarnerkennungssysteme, Entgasungsquantifizierung und Fahnendynamik, Lavaflussverfolgung und Gefahrenzuordnung, öffentliche Sicherheit und Risikomanagement, potenzielle Nutzung von Komponenten für eine Mehrzweck-/Multiplattformintegration für eine Vielzahl von gemeinsam verwalteten Anwendungen.
Welche radiometrische Bildgebung tatsächlich erfasst, kann wertvolle Datensätze für Wissenschaftler und Vulkanobservatorien zusammen mit Gefahrenminderungs- und Sicherheitsbeamten darstellen, die mit der Verwaltung des Standorts während eines Ausbruchs beauftragt sind.
Radiometrische Bildgebung transformiert die Vulkanüberwachung durch qualitative Beobachtung quantitativer thermischer Intelligenz. Es unterstützt eine frühere Eruptionserkennung mit einer genaueren Entgasungsanalyse sowie Echtzeit-Hazard-Mapping-Funktionen, bei denen es sich um datengesteuerte IR-Thermobilder handelt, die für Entscheidungen zum Management der öffentlichen Sicherheit verwendet werden können.
Wenn es in UAS-Systeme, Gassensoren und KI-Modelle integriert wird, wird es zu einer Eckpfeilertechnologie für die nächste Generation von Vulkanobservatorien und Rahmenwerken zur Gefahrenminderung.
Im Nationalpark Hawaii Volcanoes hoffen wir, Luftaufnahmen zu machen, um die USGS und HVO sowohl mit hochauflösenden RGB (rot,grün,blau)-Bildgebungssensoren als auch mit IR (infrarot)-Messungen mit einer T865-Thermokamera und einer speziellen Linse [f=70 mm (6°)] IR-Linse zu ergänzen, die in der Lage ist, genaue Wärmebilder/Messungen im Bereich von -20 °C bis 500 °C im Allgemeinen mit Zoomfähigkeit, abhängig von den atmosphärischen Bedingungen, aufzunehmen. Die Wärmebildkamera hat zwei Bereiche: -20 °C ~ 150 °C und 0 °C ~ 500 °C.
Die FLIR T865 Wärmebildkamera ist ein berührungsloses Inspektionsgerät für die sichere und effiziente Bewertung kritischer elektrischer und mechanischer Geräte in Versorgungs- und Fertigungsumgebungen. Sein um 180° drehbarer optischer Block ermöglicht es Bedienern, Inspektionen mit größerem Komfort und verbesserter Zugänglichkeit an herausfordernden Orten durchzuführen.
Ausgestattet mit fortschrittlichen Funktionen bietet die Kamera hochpräzise Temperaturmessungen bis zu -40 °C mit Präzisionsstufen von bis zu ±1 °C oder ±1 %. Zusätzliche Funktionen wie 1-Touch Level/Span-Kontrastverstärkung und laserunterstützter Autofokus sorgen für eine konsistente Bildklarheit und zuverlässige thermische Analyse.
Der T-865 kann auch mit einer FLIR Flex View Dual Field of View FOV-Linse gekoppelt werden, sodass Benutzer sofort zwischen Weitbereichs- und Telescan-Modi wechseln können, um die betriebliche Flexibilität zu erhöhen. Alternativ kann eine 6°-Sichtfeld-FOV-Infrarotlinse zur Inspektion kleiner Ziele aus größeren Entfernungen verwendet werden.
Die FLIR T865 Wärmebildkamera verfügt über ein lasergestütztes Autofokussystem, das die Genauigkeit der Zielerfassung und die Fokussierungsleistung bei thermischen Inspektionen verbessert.
Die Kamera arbeitet im Spektralbereich des LWIR-Langwellen-Infrarots von ca. 7,5-14 μm, wo atmosphärische Bedingungen die radiometrische Messgenauigkeit erheblich beeinflussen können.
Insbesondere erhöhte Luftfeuchtigkeiten führen aufgrund der Absorptions- und Emissionseigenschaften von atmosphärischem Wasserdampf zu einer erheblichen Messunsicherheit.
Feuchtigkeit, die in der Luft vorhanden ist, absorbiert einen Teil der Infrarotstrahlung, die vom Zielobjekt emittiert wird, bevor es den Detektor erreicht, was zu reduzierten scheinbaren Zieltemperaturen, insbesondere über längere Entfernungen, führt.
Gleichzeitig emittiert atmosphärischer Wasserdampf Infrarotstrahlung, die zusätzliche Wärmeenergie zum Detektorsignal beiträgt, wodurch die berechneten Temperaturwerte möglicherweise verzerrt werden, wenn die atmosphärischen Kompensationsparameter nicht richtig konfiguriert sind.
Hohe Luftfeuchtigkeit kann auch den thermischen Kontrast reduzieren, die Bildklarheit beeinträchtigen und die Sichtbarkeit von thermischen Anomalien verringern. Diese Effekte werden mit zunehmender Messdistanz immer bedeutender und verstärken so den radiometrischen Fehler.
Folglich erfordern präzise thermografische Messungen mit großer Reichweite eine sorgfältige Berücksichtigung der Umgebungsparameter, einschließlich relativer Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Zielabstand, reflektierter Scheintemperatur und Zielemissivität, um eine zuverlässige thermische Analyse und Dateninterpretation zu gewährleisten.
Der aktuelle episodische Gipfelausbruch in Kilauea hat Vulkanologen eines der klarsten modernen Beispiele für wiederholte Lavabrunnen-Vorstufenzyklen geliefert, die jemals in einem offenen basaltischen Vulkan dokumentiert wurden.
Die Eruptionssequenz, die im Dezember 2024 innerhalb des Halema-uma-u-Kraters begann, zeichnet sich durch abwechselnde Ruhephasen, Inflation, Gasansammlung und schnelle Entladung mit hoher Füllung aus.
Unmittelbar vor einer Lavabrunnenepisode werden mehrere Vorläufersignale vom hawaiianischen Vulkanobservatorium konsequent beobachtet.
Der wichtigste geophysikalische Vorläufer ist die schnelle Gipfelinflation, die von Neigungsmessern um die Caldera aufgezeichnet wird. Während der Wiederholungsphasen steigt das Magma weiter an und sammelt sich unter dem Gipfelreservoir an, was zu einer messbaren Verformung des Vulkangebäudes nach außen führt.
Mit zunehmendem Magmadruck verstärkt sich der niedriggradige vulkanische Tremor und die flache Seismizität nimmt häufig unterhalb von Halema-uma-u zu.
Ein weiterer hochdiagnostischer Vorläufer ist das Einsetzen von Niederdruckspritzern oder Kuppelbrunnen an einer oder beiden eruptiven Entlüftungen. Stunden bis Tage vor Beginn der großen Lavabrunnen dokumentieren die Beobachter häufig schwache Lavaüberläufe, intermittierende Spritzer, Glühen der Glühlampe und kleine Brunnenimpulse.
Diese stellen die früheste Ankunft eines zunehmend gasreichen Magmas in das flache Leitungssystem dar. HVO merkt wiederholt an, dass diese Ereignisse mit niedriger Vorstufe viele Stunden andauern können, bevor sie in nachhaltige Brunnen mit Hunderten von Metern Höhe übergehen.
Die FLIR T865-Thermobildgebungsplattform, die mit der optionalen f = 70 mm 6°-Infrarotteleobjektiv ausgestattet ist, stellt ein hochauflösendes, radiometrisches Fernbereichserfassungssystem dar, das quantitative thermische Untersuchungen in industriellen, geothermischen und vulkanologischen Umgebungen unterstützen kann.
Die Kamera integriert einen 640 × 480 ungekühlten Mikrobolometerdetektor mit einer Pixelsteigung von 12 μm und wurde speziell für die Präzisionsthermographie in Anwendungen entwickelt, die eine thermische Fernbeobachtung und radiometrische Messungen erfordern.
Das optionale 6° × 4,5° Teleobjektiv erhöht die räumliche Auflösung bei großen Abstandsabständen erheblich, indem es das Sichtfeld eingrenzt und das momentane Sichtfeld des Detektors IFOV auf einen kleineren Zielbereich konzentriert.
Die Schmalfeldteleografie stellt somit einen Kompromiss zwischen räumlicher Vergrößerung und situativer Abdeckung dar.
Standard-Weitwinkelobjektive, die mit der T-865-Plattform geliefert werden, bieten ein breiteres thermisches Situationsbewusstsein, das für allgemeine Überwachung und Nahbereichsuntersuchungen geeignet ist, während das 70 mm 6°-Objektiv für hochauflösendes thermisches Targeting bei größeren Entfernungen optimiert ist.
Diese Fähigkeit ist besonders vorteilhaft für gefährliche vulkanische Überwachungsvorgänge, bei denen sichere Abstandsabstände erforderlich sind, um die Exposition gegenüber ballistischen Ejektionen, vulkanischen Gasen, instabilem Gelände und erhöhtem Strahlungswärmefluss zu verringern.
Bei Integration in komplementäre Datensätze, einschließlich Seismizität, Gasflussmessungen, Verformungsüberwachung, Infraschallbeobachtungen, thermisches UAS-Mapping und Satellitenfernerfassung, kann der FLIR T865, der mit der 70-mm-Teleobjektiv ausgestattet ist, wesentlich zur multidisziplinären vulkanischen Gefahrenbewertung, zur Charakterisierung von Ausbrüchen, zur Inspektion der geothermischen Infrastruktur und zur Erfassung von thermischer Intelligenz mit großer Reichweite beitragen.
Die kontinuierliche radiometrische Wärmebildgebung unter Verwendung von Infrarotsystemen mit großer Reichweite wie der mit teleradiometrischen Objektiven ausgestatteten FLIR T865 Wärmebildkamera stellt eine effektive Methode zur quantitativen Dokumentation dieser schnellen morphologischen Schwankungen in nahezu Echtzeit dar.
Das ideale Rahmenwerk für die vulkanische Überwachung nutzt mehrere Komponenten gemeinsam.
Für diesen betrieblichen Workflow zur Überwachung des Lavaflusses nutzen Wissenschaftler und Sicherheitsbeamte mehrere bewährte Strategien, die Kameraeinrichtung, radiometrische Kalibrierung, Feldeinsatz und Dateninterpretation kombinieren.
Der T865 eignet sich am besten als feste, wiederholbare radiometrische Überwachungsstation und nicht nur als Handheld-Kamera.
Der 640 × 480 IR-Detektor, der Spektralbereich von 7,5–14 μm, die radiometrische Aufzeichnungsfähigkeit und optionale Schmalfeldlinsen machen ihn gut geeignet für die Dokumentation aktiver Lavaränder, des Vorschubs an der Vorderseite, von Ausbrüchen, Lavaröhren, Krustenbildung und Kühlmustern nach der Brunnenkühlung.
Radiometrische thermische Datensätze ermöglichen die Messung von Belüftungswandtemperaturen, der thermischen Intensität des Brunnens, der Lavaflussausbreitung, der Streuansammlung, der thermischen Ausbruchentwicklung und der räumlichen Migration von Entgasungswegen und ermöglichen gleichzeitig den Vergleich mit seismischen, deformierten, Gasemissions- und Infrarotüberwachungsdatensätzen.
Die Verwendung von hochauflösender Wärmebildgebung ist besonders wertvoll unter Bedingungen mit eingeschränkter Sicht durch Dunkelheit, vulkanische Gasemissionen, Asche oder Kondensation, bei denen herkömmliche optische Beobachtungen erheblich beeinträchtigt sein können.
Für die Lavaflussverfolgung die Kamera auf ein stabiles Stativ mit einem sicheren Blick auf den Kraterboden oder das Strömungsfeld stellen.
Verwenden Sie die 6°- oder 14°-Linse für entfernte Flow-Fronten und -Belüftungen und eine breitere Linse für einen breiteren Kontext.
Eine „Episode“ bedeutet bei K-lauea nicht einen völlig separaten Ausbruch. Der anhaltende Ausbruch des Gipfels verhält sich in Zyklen: Magma und Gas werden unter dem Gipfel aufgeladen, Druckaufbau, Lavabrunnen beginnen und das System entleert sich, wenn Magma freigesetzt wird. Wenn der Brunnen abklingt, beginnt sich der Gipfel erneut zu überpumpen, während sich der nächste Zyklus entwickelt.
Zum Zeitpunkt dieser Feldstudie hatte sich diese Sequenz Dutzende Male wiederholt. Die Episoden 40, 44 und 45 boten daher drei Schnappschüsse desselben sich entwickelnden Ausbruchs – und eine Gelegenheit, zu vergleichen, wie sich Veränderungen in der Höhe, Dauer, dem Lavaausgang und dem Entlüftungsverhalten im thermischen Datensatz zeigten.
Die Wärmebilder unterstützen zusammen mit den zugehörigen Fotografien und Videos, die mit dem T865 gesammelt wurden, laufende Untersuchungen zu Variationen der Lavabrunnenhöhen und der Lavaflüssigkeitsdynamik während der aktiven Lavabrunnenepisoden, die im Halema-Krater in Kilauea auftreten.
Die Lavabrunnenepisode Nr. 40 des anhaltenden Gipfelausbruchs von Kilauea trat am 12. Januar 2026 auf und stellte ein signifikantes Lavabrunnenereignis innerhalb der aktuellen episodischen eruptiven Sequenz bei Halema -uma -u dar.
Anhaltende Lavabrunnen begannen während der Morgenstunden und setzten sich bis etwa 1804 HST fort, was eine eruptive Episode von fast 10 Stunden verursachte.
Der Ausbruch wurde von der Aktivität am nördlichen Lüftungsschlitz dominiert, wodurch anhaltende Lavabrunnen erzeugt wurden, die etwa 250 m (820 ft) über dem Lüftungsschlitz erreichten.
Beobachtungen deuten darauf hin, dass etwa 60 % des Kraterbodens während der Episode von frischer Lava wieder aufgedeckt wurden, was das erhebliche Magmavolumen trotz der moderaten Brunnenhöhen im Vergleich zu anderen Ereignissen in der Sequenz zeigt.
Die Lavabrunnenepisode Nr. 44 des anhaltenden Gipfelausbruchs von Kilauea begann am 9. April 2026 um 1110 HST und endete am selben Tag um 1941 HST, was zu einer Gesamtdauer von etwa 8 Stunden und 31 Minuten führte.
Die eruptive Aktivität während Episode 44 wurde von der nördlichen Entlüftung dominiert, die anhaltende Lavabrunnen erzeugte, die eine maximale Höhe von etwa 240 m (800 ft) über der Entlüftung erreichten.
Die mit Episode 44 assoziierte Effusive Aktivität erzeugte etwa 5,8 × 106 m3 Lava und trat etwa 50 % des Halema-uma-u-Kraterbodens wieder auf.
Eine vom Hawaiian Volcano Observatory durchgeführte Analyse zeigte, dass der Ausbruch Spitzenergussraten von fast 390 m3 s−1 bei fast 1230 HST erreichte, während die durchschnittliche Ausflussrate während des Ausbruchs etwa 189 m3 s−1 betrug.
Diese Werte zeigen, dass eine signifikante eruptive Ausgabe auch während Episoden aufrechterhalten werden kann, die durch relativ mäßige Brunnenhöhen gekennzeichnet sind.
Episode 45 des anhaltenden Gipfelausbruchs von Kilauea ereignete sich am 23. April 2026 und stellte ein Ereignis mit mittlerer Intensität dar, das Lavabrunnen innerhalb der breiteren Abfolge der episodischen eruptiven Aktivität auf Halema-uma-u.
Die anhaltende eruptive Aktivität hielt etwa 8,5 Stunden an, bevor sie bei 1001 HST abgeschlossen wurde. Danach deuteten die Überwachungsdaten auf eine Rückkehr zu niedrigeren Unruhen hin.
Anhaltende Lavabrunnen, die von der nördlichen Lüftungsöffnung aus erzeugt wurden, erzeugten Brunnenhöhen im Allgemeinen unter 300 m (1000 ft), mit einer dokumentierten maximalen Höhe von etwa 265 m (870 ft).
Der Brunnen speiste ein umfangreiches Netzwerk von kanalisierten Lavaströmen, die sich von der Entlüftung nach Norden ausbreiteten, bevor sie sich über große Teile des Halema-uma-u-Kraterbodens verzweigten.
Die Beobachtungen nach dem Ausbruch ergaben ein gut entwickeltes Lavatransportsystem, das Lava über den gesamten östlichen Sektor des Kraters verteilte und letztendlich etwa 50 % des Kraterbodens mit neu platzierter Lava wieder auftauchte.
Quantitative Bewertungen deuten darauf hin, dass Episode 45 ein eruptes Lavavolumen von etwa 5,2 × 106 m3 (6,8 × 106 yd3) erzeugte.
Diese Werte zeigen, dass relativ mäßige Brunnenhöhen dennoch mit erheblichen eruptiven Volumina verbunden sein können, wenn sie über längere Zeiträume aufrechterhalten werden.
Zuallererst möchte ich Herrn Rickard Lindvall und Herrn Hans Skutberg für ihre laufende Unterstützung durch Teledyne FLIR in der Schweiz mit Sicherheit anerkennen.
Wenn sie sich nicht darum bemühen, die Feldforschungskapazitäten des Forschungsdesigns zu unterstützen, wäre das Projekt einfach nicht möglich gewesen.
Aufgrund des von Teledyne FLIR angetriebenen Managementteams, das Kreativität in praktikable wissenschaftliche Lösungen einsetzt, die reale Probleme heute mit neuen Technologien lösen, können die verschiedenen dynamischen Aspekte unserer Umgebung einfacher zu erforschen und zu verstehen sein.
Die Verwendung des FLIR T-865 beim Kilauea-Ausbruch war eines der aufschlussreichsten Geräte, und die daraus resultierenden Daten wurden vom Managementteam des Hawai’i Volcanoes National Park und dem Sicherheitsbeauftragten für ihre laufenden Reaktionen auf die öffentliche Sicherheit und Gefahrenminderung verwendet.
Darüber hinaus möchte ich Sierra McDaniel, der Forschungskoordinatorin für Außendienstarbeiten für den Hawaii Volcanoes Nationalpark, für ihr Engagement und ihre Entschlossenheit gegenüber den vielen Forschungsteams und Projekten, die im Nationalparkgebiet während des laufenden Ausbruchs von Kilauea und der Schließung der US-Regierung im Jahr 2025 stattfinden, sehr herzlich danken.
Wie immer ist es mir wichtig, den Vulkanologen und atmosphärischen Wissenschaftlern für ihre neutrale Sichtweise auf diese interdisziplinären Artikel zu danken, da sowohl OVSICORI-UNA als auch LAQAT-UNA für die wissenschaftliche Interpretation der im Rahmen der Feldforschungskampagnen gesammelten Daten von unschätzbarem Wert waren.
Der Artikel war das Ergebnis einer koordinierten Gruppenarbeit verschiedener wissenschaftlicher und technologischer Fachleute und es ist die synergetische Leistung, die die Leidenschaften der Menschen nutzt und das Beste hervorbringt, was wir alle einander anbieten können.
