In-situ-Nachweise für die Agglomeration vulkanischer Asche während des Ausfalls durch kombinierte boden- und UAV-Beobachtungen

Warum fallende Asche für uns wichtig ist

Wenn ein Vulkan ausbricht, treibt seine Asche nicht einfach wie Rauch und setzt sich geräuschlos ab. Wie sich diese winzigen Körner in der Luft verklumpen, bestimmt, wo die Asche landet, wie dick die Ablagerungen werden und wer oder was im Weg liegt. Diese Studie am japanischen Vulkan Sakurajima zeigt erstmals durch die kombinierte Nutzung von Drohnen und bodengestützten Instrumenten, wie Aschepartikel selbst bei relativ schwachen, alltäglichen Ausbrüchen schnell zu größeren Klumpen zusammenfinden und damit unser Verständnis von vulkanischem Risiko und Luftqualität verändert.

Ein Vulkan, der fast täglich ausbricht

Der Sakurajima ist ein ständig unruhiger Vulkan, der häufig niedrige Aschefahnen freisetzt, die weniger als zwei Kilometer über dem Meeresspiegel aufsteigen. Da diese Ereignisse im Vergleich zu spektakulären Großausbrüchen moderat sind, werden sie oft als Routine eingestuft. Dennoch schleudern sie nahezu täglich feine und grobe Asche in den Himmel über nahegelegene Gemeinden. Die Forschenden konzentrierten sich auf vier solche Ereignisse über mehrere Tage, von sanfter Ascheentlüftung bis zu milden explosiven Ausbrüchen, um zu beobachten, wie sich Asche vom Krater über die Wolke bis zum Boden verhielt.

Beobachtung des Aschefalls von der Luft zum Boden

Um diese Reise zu verfolgen, kombinierte das Team ein Netzwerk bodengestützter Instrumente mit einem kundenspezifischen Drohnensystem. Kameras mehrere Kilometer entfernt maßen Höhe und Bewegung der Fahne. Näher am Vulkan zeichneten optische Sensoren am Boden auf, wie viele Partikel pro Minute ankamen, wie groß sie waren, wie schnell sie fielen und ob sie elektrische Ladung trugen. Gleichzeitig schwebte eine Drohne etwa 500 Meter über dem Startpunkt unterhalb der driftenden Wolke. An Bord zählten Detektoren die Anzahl und Größe sehr feiner Schwebeteilchen, während klebrige Probenplatten Aschepartikel in der Luft sammelten. Abgleich der Probenzeiten und Computermodelle der Partikelbahnen erlaubten es den Wissenschaftlern, zu vergleichen, was die Drohne in der Höhe sah und was schließlich die Oberfläche erreichte.

Wie Aschepartikel zusammenkleben

Die Proben und Messungen zeigten, dass Aschepartikel häufig nicht nur als Einzelpartikel, sondern auch als Aggregate ankommen. Unter trockenen bis leicht feuchten Bedingungen trugen die Körner elektrische Ladungen, die ihre Anziehungskraft unterstützten und lockere Cluster bildeten, bei denen feine Asche größere Körner umhüllte oder umgab. Bei Regen spielte Wasser die dominierende Rolle, sammelte Asche zu kompakteren Pellets und aschegefüllten Regentropfen. In allen vier Ereignissen war der Anteil der in Aggregaten gefundenen Asche in den Drohnenproben konsistent niedriger als in den Bodenproben, was darauf hindeutet, dass viele Klumpen während der letzten wenigen hundert Meter des Abstiegs entstehen und nicht ausschließlich in der Hauptwolke.

Schnelle Transportwege für sehr feine Asche

Allein betrachtet sollten winzige Aschepartikel langsam treiben und lange in der Luft bleiben. Dennoch detektierte der Partikelzähler der Drohne scharfe, kurzlebige Schichten feiner Partikel unterhalb der Wolke, und die Bodengeräte registrierten Schübe von Aschezufluss, die sich nicht durch simples Absinken erklären ließen. Computermodelle der Partikelpfade bestätigten, dass viele kleine Körner nicht einzeln aus der Fahne zu den Probenstandorten gefallen sein konnten. Vielmehr fuhren sie wahrscheinlich in aschereichen Fingern mit, die sich von der Wolke ablösen, und in wachsenden Klumpen, die schneller fallen als Einzelkörner. Während Aggregate entstehen und zerfallen, bleiben einige feine Partikel frei, erreichen aber dennoch effizienter den Boden, als es Modelle individuellen Absinkens vorhersagen würden.

Was das für Menschen in Vulkan-Nähe bedeutet

Für nahegelegene Gemeinden zeigt diese Arbeit, dass selbst mäßige tägliche Fahnen Asche schneller und näher am Krater zu Boden bringen können als erwartet, weil Körner beim Fallen zusammenkleben. Die Studie macht deutlich, dass sowohl elektrische Kräfte als auch flüssiges Wasser dieses Verklumpen stark verstärken können und dass die letzten wenigen hundert Meter über dem Boden eine besonders aktive Zone sind, in der sich Asche rasch neu ordnet. Eine bessere Berücksichtigung dieser Prozesse in Verbreitungsvorhersagen sollte Schätzungen darüber verbessern, wo Asche landet, wie dicht die Luft werden kann und wie lange Partikel verweilen, und Planern sowie Anwohnern helfen, die fortlaufenden Auswirkungen häufig aktiver Vulkane besser zu bewältigen.

Zitation: Thivet, S., Simionato, R., Fries, A. et al. In-situ evidence of volcanic ash aggregation during fallout from combined ground- and UAS-based observations. Sci Rep 16, 15083 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45460-x

Schlüsselwörter: vulkanische Asche, Sakurajima, Ascheaggregation, Drohnenmessungen, Tephra-Niederschlag