Vulkane mit Atomuhren vermessen
Hochpräzise Zeitmessung ermöglicht schnelle Bestimmung des Volumens von Magmaströmen.
Optische Atomuhren können Zeit mit einer unglaublichen Präzision messen. Die neuesten dieser Uhren sind so genau, dass sie bei einer Laufzeit von zehn Milliarden Jahren weniger als eine Sekunde an Genauigkeit verlieren. Allerdings sind Uhren dieser Genauigkeit bis jetzt nur im Labor verfügbar. Wissenschaft und Industrie nutzen das Potenzial dieser neuartigen Zeitmessung noch nicht. Ein internationales Team unter der Mitwirkung von Ruxandra Bondarescu, Andreas Schärer und Philippe Jetzer des Physik-Instituts der Uni Zürich hat nun mögliche Anwendungsbereiche für Atomuhren erforscht.
Abb.: Mit Atomuhren könnte man Vulkane überwachen. (Bild: UZH)
Wie ihre Analysen zeigen, kann man Atomuhren dazu nutzen, Vulkane zu überwachen. Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass Uhren, die in unterschiedlichen Abständen zu einem schweren Körper wie unserer Erde aufgestellt sind, unterschiedlich schnell ticken. Je näher sie sind, desto langsamer ticken sie. Fließt Lava in eine unterirdische Kammer unterhalb eines Vulkans, verlangsamt sich die Zeit einer Uhr, die am Vulkan positioniert ist, im Vergleich zu einer weiter entfernten Uhr. Gegenwärtig werden Vulkane mittels GPS-Empfänger überwacht. Die daraus resultierenden Daten müssen oft über Jahre hinweg integriert werden, bevor eine Schätzung über das Volumen der neuen Magma vorgenommen werden kann. Lokale Atomuhren könnten die gleiche Information bereits innerhalb einiger Stunden bereitstellen. Damit könnten die Vorgänge im Inneren der Vulkane besser überwacht und genauere Voraussagen über zukünftige Vulkanausbrüche getroffen werden.
Außerdem kann man mit Atomuhren die Erdgezeiten überwachen und bestimmen. Gezeiten treten auf, weil sich die Erde im Gravitationsfeld der Sonne und des Mondes bewegt. Sie reagiert auf dieses äußere Feld durch Verformung, was wiederum die Gezeiten verursacht und dazu führt, dass sich der Boden auf den Kontinenten regelmäßig anhebt und absenkt. Eine solche Bodenanhebung kann bis zu fünfzig Zentimeter betragen. Mithilfe eines globalen Netzwerks von Atomuhren, die über Glasfaserkabel miteinander verbunden sind, könnten Erdgezeiten permanent gemessen und theoretische Modelle überprüft werden. Auch allfällige regionale Unterschiede im Verhalten der Erdkruste auf die Erdgezeiten könnte man untersuchen.
Das Forscherteam hofft, dass Atomuhren schon in wenigen Jahren für diese Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Voraussetzung dafür sei ein genügend großes Interesse sowie Investitionen seitens der Industrie. „Wir brauchen dieses zusätzliche Werkzeug, um Magma-Bewegung unter Vulkanen, deren Explosionen bereits überfällig sind, wie beispielsweise dem Yellowstone, zu überwachen. Eine unerwartete Explosion würde das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, schlagartig verändern“, erklärt Bondarescu.
U. Zürich / DE
