Uitbreiding vulkaanmonitoring op de Caribische eilanden Saba en St. Eustatius

In Caribisch Nederland, op de eilanden van Saba en St. Eustatius, liggen de vulkanen Mount Scenery en The Quill. Dit zijn twee rustige maar geologisch gezien 'actieve' vulkanen. Om te bepalen hoe actief een vulkaan is, is het essentieel deze te monitoren. Als magma beweegt gaat dit meestal gepaard met signalen, zoals toegenomen seismiciteit en/of vervorming van het aardoppervlak, die gemeten kunnen worden door een netwerk van instrumenten. Het netwerk is in samenwerking met lokale overheden dit jaar uitgebreid en ook in 2022 worden nieuwe instrumenten geplaatst.

Monitoringnetwerk van het KNMI

Om de eerste fase van vulkanische activiteit te kunnen herkennen en een tijdige waarschuwing te kunnen geven, moet het monitoringnetwerk operationeel zijn voordat de vulkanische activiteit toeneemt. Het KNMI werkt sinds 2006 aan de opbouw van dit meetnetwerk in Caribisch Nederland in samenwerking met de lokale overheden. Het KNMI monitoringnetwerk in het Caribisch gebied (figuur 1) bestaat uit verschillende typen sensoren.

De vervorming van het aardoppervlak wordt gemeten met zogenaamde permanente 'Global Navigation Satellite System (GNSS)' stations. GNSS is een satelliet navigatiesysteem met wereldwijde dekking waarmee zeer nauwkeurig een positie bepaald kan worden. Het maakt niet alleen gebruik van het bekende Amerikaanse satelliet navigatiesysteem 'GPS', maar ook van andere navigatie systemen zoals het Russische 'GLONASS', het Chinese 'BeiDou' en het Europese 'Galileo'.

Hoe werkt GNSS?

Door de afstand tot zoveel mogelijk satellieten te bepalen kan de positie van de GNSS antenne op de millimeter nauwkeurig worden berekend

De satellieten van deze navigatiesystemen bewegen in een baan om de aarde tussen de 19.000 en 35.000 kilometer hoogte. Van daaruit zenden ze een radiosignaal dat informatie bevat over de baan van de satelliet en het tijdstip waarop het signaal is uitgezonden. Het GNSS station op de grond bestaat uit een antenne (figuur 2) en een verwerker. De antenne ontvangt het radiosignaal van de GNSS satellieten. De verwerker gebruikt het verschil tussen de zend- en aankomsttijd van het signaal om de afstand tot elke satelliet te berekenen. Door de afstand tot zoveel mogelijk satellieten te bepalen kan de positie van de GNSS antenne op de millimeter nauwkeurig worden berekend. De gegevens van de zes permanente GNSS stations op de eilanden worden automatisch naar het KNMI gestuurd voor verdere verwerking en analyse.

Door de positie van de GNSS antenne elke dag te bepalen wordt een tijdreeks gemaakt (figuur 3). De tijdreeks toont de horizontale noord-zuid beweging, de horizontale oost-west beweging en de verticale beweging. We zien dat GNSS antenne SABY beweegt in noordoostelijke richting. Deze beweging is te verklaren door plaattektoniek. De Caribische plaat waarop de eilanden Saba en St. Eustatius liggen beweegt in zijn geheel ongeveer 2 centimeter per jaar naar het noordoosten. Indien het aardoppervlak zou opzwellen ten gevolge van magmabewegingen zou dit ook zichtbaar worden.

Andere typen sensoren

Om de vulkanische activiteit te monitoren gebruikt het KNMI verschillende typen sensoren (figuur 1). Dit verhoogt de kans op het detecteren van veranderingen en maakt de interpretatie van de observaties robuuster. Behalve vervorming van het aardoppervlak kan het optreden van seismiciteit ook een indicatie zijn van toenemende vulkanische activiteit. Bij de verplaatsing van magma in de ondergrond komt seismische energie vrij die geregistreerd wordt door seismometers.

Het KNMI heeft negen seismometers op de eilanden die aardbevingen realtime registreren. Deze data worden, samen met data van andere seismometers in de regio, geanalyseerd op het KNMI. Tot slot heeft het KNMI een temperatuursensor in de warmwaterbron tegenover Green Island (figuur 1). Veranderingen in de maximumtemperatuur van de warmwaterbron kunnen een aanwijzing zijn voor toegenomen vulkanische activiteit.

Ruimtelijke verdeling meetpunten

Het is belangrijk om de meetpunten ruimtelijk goed te verdelen over de eilanden. Dit betekent dat er soms ook een station geïnstalleerd moet worden op een minder toegankelijke plek. Bovendien zijn deze plekken vaak zo afgelegen dat er geen elektriciteit en mobiele ontvangst is. Het station wordt dan zelfvoorzienend gemaakt met zonnepanelen en accu’s voor de energie en satelliet communicatie voor de data overdracht. Dit soort zelfvoorzienende stations werden geplaatst in januari 2021 in de botanische tuin op St. Eustatius en in april 2021 op het noordelijkste punt van Saba. Op Saba kreeg het KNMI vanwege de uitdagende bereikbaarheid van de locatie hiervoor hulp van het ministerie van Defensie.

In 2022 wordt het monitoringnetwerk verder uitgebreid: met naast de traditionele GNSS stations ook nieuwe kosteneffectieve stations 

Volgend jaar wordt het monitoringnetwerk verder uitgebreid. Behalve traditionele GNSS stations worden ook vier nieuwe kosteneffectieve stations geplaatst. Deze zijn veel goedkoper dan traditionele stations, maar minder nauwkeurig. Door meerdere stations in te zetten kunnen de metingen toch een belangrijke bijdrage leveren. De resultaten van de kosteneffectieve stations worden vergeleken met die van de traditionele stations. Dit is de eerste keer dat dit type meetopstelling gebruikt wordt voor vulkaanmonitoring. Indien de resultaten positief zijn kunnen deze opstellingen gebruikt worden om bestaande monitoringnetwerken te verdichten of nieuwe monitoringnetwerken op te zetten in gebieden waar financiering een uitdaging is.

Andreas Krietemeyer, Elske de Zeeuw-van Dalfsen, Reinoud Sleeman