Infraschall-Array-Datensatz der eruptiven Paroxysmen des Ätna im Jahr 2021

Dem tiefen Ton eines Vulkans lauschen

Wenn ein Vulkan ausbricht, entlädt er nicht nur Feuer und Asche – er flüstert auch in sehr tiefen Tönen, die unser Gehör nicht wahrnimmt. Diese „Infraschallsignale“ breiten sich über viele Kilometer durch die Luft aus und können schon lange vor sichtbarem Lava- oder Ascheauswurf Einblick in das Geschehen im Inneren des Vulkans geben. In dieser Studie stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine neue, frei zugängliche Aufnahme dieser verborgenen Geräusche vom Ätna in Italien während eines außergewöhnlich aktiven Eruptionsjahres vor und bieten damit eine wertvolle Ressource zur Verbesserung von Eruptionsvorhersagen und zum Schutz der umliegenden Gemeinden.

Warum leise Dröhnen wichtig sind

Der Ätna ist einer der aktivsten Vulkane der Welt und schickt häufig Lavafontänen und Aschewolken in die Luft, die den Luftverkehr stören und nahegelegene Ortschaften beeinträchtigen können. Zur Überwachung betreiben italienische Forscher ein dichtes Instrumentennetzwerk, das Erschütterungen, Gase und Bodenverformungen misst. In den letzten Jahrzehnten haben sie herausgefunden, dass Infraschall – sehr niederfrequente Schallwellen – besonders nützlich sein kann, um den Beginn von Ausbrüchen zu erkennen, deren Verlauf zu verfolgen und die freigesetzte Menge an Asche und Gas abzuschätzen. Das Problem war bislang, dass hochwertige, öffentlich zugängliche Infraschalldaten von aktiven Vulkanen selten sind, wodurch es Forschern weltweit schwerfällt, neue Methoden zu testen.

Ein Ohr für den Ätna bauen

Um diese Lücke zu schließen, installierte das Team eine spezielle „Lauschstation“ auf einem Hügel namens Monte Conca, etwa sechs Kilometer vom Gipfelkrater des Ätna entfernt. Statt eines einzelnen Mikrofons wurde ein Array aus sechs Infraschall-Sensoren um einen Mittelpunkt herum angeordnet, ähnlich wie Mikrofone in einem Surround-Sound-System. Dieses Design erlaubt es, winzige Unterschiede in den Ankunftszeiten der Schallwellen an jeden Sensor zu vergleichen, schwache Signale zu verstärken und ihre Herkunft zu lokalisieren. Die speziell für vulkanische Anwendungen entwickelten Sensoren sind kompakt, energieeffizient und können sehr kleine Druckänderungen in der Luft über einen breiten Frequenzbereich aufzeichnen.

Instrumente in einer unwirtlichen Bergumgebung am Leben halten

Sensible Elektronik ein ganzes Jahr hoch oben auf einem verschneiten Vulkan zu betreiben, ist keine leichte Aufgabe. Jeder Sensor wurde in einer maßgefertigten Box untergebracht, die wie ein kleines Lebenserhaltungssystem fungiert. Die Box ist wasserdicht und thermisch isoliert, beherbergt den Sensor, das digitale Aufzeichnungsgerät und eine große Batterie und ist mit einem Solarpanel bestückt, um auch im Winter die Stromversorgung zu sichern. Schaumstoffpolsterung und ein mechanischer Filter schützen den Sensor vor Windböen, die vulkanische Signale vortäuschen könnten. Dieses robuste Design ermöglichte dem Array nahezu durchgehenden Betrieb von Mai 2021 bis April 2022, mit nur geringfügigen Ausfällen für Wartungsarbeiten und einem störanfälligen Sensor, der wiederholt Recorder-Probleme hatte.

Dutzende Eruptionen in feinen Details verfolgen

Während der Einsatzzeit geriet der Ätna in eine besonders lebhafte Phase. Von Ende 2020 bis 2021 produzierte der Vulkan mehr als 60 kräftige Ausbrüche, sogenannte Paroxysmen – Episoden intensiver Lavafontänen und Aschewolken, die zeitweise bis zu 10 Kilometer hoch aufstiegen. Das neue Array zeichnete zwischen Mai und Oktober 2021 39 solcher Ereignisse auf sowie leisere Entgasungen und kleinere Explosionen aus mehreren Kratern. Indem die sechs Sensoren als einzelnes Abhörsystem behandelt und mit fortgeschrittener Signalverarbeitung kombiniert wurden, konnten die Forschenden zufälliges Windrauschen herausfiltern und kohärente Druckwellen isolieren, die mit vulkanischer Aktivität verbunden sind. Sie zeigten, dass verschiedene Verhaltensweisen – etwa ruhige Hintergrundentgasung, kurze strombolianische Explosionen und anhaltende Lavafontänen – unterschiedliche Klangmuster und Frequenzsignaturen aufweisen.

Stimmen aus verschiedenen Kratern trennen

Eines der stärksten Ergebnisse ist die Fähigkeit des Arrays, zu bestimmen, welcher Krater zu einem bestimmten Zeitpunkt „spricht“. Durch Messung der Richtung, aus der der Infraschall eintrifft, identifizierte das Team stabile Signalcluster aus zwei Hauptregionen: den Südost- und den Neuen Südostkratern, die die meisten spektakulären Lavafontänen erzeugten, sowie den Bocca Nuova- und Voragine-Kratern, die häufig sanft entgasteten. Die explosiven Ereignisse aus den Südostkratern zeigten scharfe, impulsartige Wellenformen mit dominanten Frequenzen um 1–2 Hertz, typisch für kräftige Gasstöße. Im Gegensatz dazu wiesen Signale von Bocca Nuova und Voragine resonantere Töne bei mehreren ausgeprägten Frequenzen auf, geformt durch die Geometrie der Öffnungen und Kraterwände. Diese Unterschiede bedeuten, dass Wissenschaftler allein mit Infraschall überlappende Aktivitäten aus mehreren Öffnungen unterscheiden können, selbst bei schlechter Sicht.

Was das für Menschen in Vulkannähe bedeutet

Für die breite Öffentlichkeit ist das wichtigste Ergebnis, dass der Ätna nun über ein erprobtes „akustisches Überwachungssystem“ verfügt und das vollständige Jahr an Aufnahmen frei zugänglich ist. Die Arbeit zeigt, dass robuste Infraschall-Arrays ganzjährig an einem hohen, schneebedeckten Vulkan betrieben werden können und zuverlässig die feinen Luftdrucksignaturen sowohl großer Eruptionen als auch ruhigerer Gasfreisetzungen erfassen. Dieser Datensatz wird Forschenden dabei helfen, Frühwarnwerkzeuge zu verfeinern, die eruptive Aktivität in Echtzeit automatisch erkennen und lokalisieren, und somit schnellere Warnungen für die Luftfahrt und die betroffenen Gemeinden ermöglichen. Kurz gesagt: Indem man genau auf das tiefste Dröhnen eines Vulkans hört, lernen Wissenschaftler, seinen nächsten lauten Ausbruch besser vorherzusehen.

Zitation: Zuccarello, L., Gheri, D., De Angelis, S. et al. Infrasound Array Dataset of the 2021 Eruptive Paroxysms of Etna Volcano. Sci Data 13, 296 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06638-0

Schlüsselwörter: Infraschall, Berg Ätna, Vulkanüberwachung, frühe Warnung vor Eruptionen, seismische Akustik