Radar bekijkt hoe vurig de grond danst

Met meters tegelijk soms, stijgt of daalt de bodem onder het Italiaanse Pozzuoli. Oorzaak: vulkanisme. Een promovenda ontwikkelde een methode om die bewegingen te meten....

OOK HEEL érg natuurlijk, de bodemdaling in Groningen, van bijna een centimeter per jaar. Maar dat is niets vergeleken met het gerommel van de grond rond de Zuid-Italiaanse stad Pozzuoli, iets ten westen van Napels. Een ondergrondse vulkaan daar veroorzaakt geregeld enorme bodembewegingen, bij vlagen bijna een meter per jaar.

Er wonen twee miljoen mensen in het gebied, dat volgens sommige wetenschappers de gevaarlijkste plek van Europa is. De bodembewegingen zouden namelijk een voorbode kunnen zijn van een echte uitbarsting. Barensweeën.

De Italiaanse Stefania Usai bedacht daarom een manier om de bodem beter in de gaten te houden. Zij gebruikte door satellieten gemaakte radarbeelden om de hoogteveranderingen te meten, en promoveerde daarop afgelopen maandag aan de Technische Universiteit Delft.

De onrustbarendste oprisping in Pozzuoli was halverwege de jaren tachtig, toen de grond in twee jaar tijd met bijna twee meter steeg. De huizen in het oude centrum van de stad barstten uit hun voegen. Sindsdien is de bodem weer geleidelijk aan het zakken. Bekomen van de schrik zijn de bewoners teruggekeerd naar hun gescheurde optrekjes, omringd door zwaveldampen en ploppende modder. Dat doen ze al eeuwen: het plotselinge stijgen en daaropvolgende dalen van de bodem is al bekend sinds de Romeinen hier ruim tweeduizend jaar geleden op de vruchtbare grond een kolonie stichtten.

De Campi Flegrei, heet het gebied - de verzengende velden. Het is een zogenoemde caldera, ofwel het restant van een vulkaan die als een plumpudding in elkaar is gezakt nadat hij zichzelf had leeggeblazen. Dat wil niet zeggen dat de vulkaan dood is: langzaam beginnen de onderliggende magmakamers weer vol te lopen, voor een volgende - kleine of grote - uitbarsting. De laatste was in 1538.

Om de risico's een beetje te beheersen heeft het plaatselijke Osservatorio Vesuviano een netwerk van meetpunten uitgezet. Dit gebied is veertig bij dertig kilometer groot; de meetpunten staan op vierhonderd meter afstand van elkaar. Eén keer per jaar wordt op elk punt de hoogteverandering van de bodem bepaald.

Doordat er nogal wat ruimte en tijd tussen de metingen zit, kan het gebeuren dat een gevaarlijke situatie niet, of te laat, wordt gesignaleerd. Ook zijn er eigenlijk onvoldoende metingen om het precieze mechanisme achter de dansende bodem te onderzoeken.

Met satellieten daarentegen is het mogelijk om het hele gebied in de gaten te houden, en nog vrij regelmatig ook. Sinds 1992 maken de ERS-1 en ERS-2 aardobservatiesatellieten elke 35 dagen een radaropname van Pozzuoli en omstreken. Onderzoekster Usai heeft de radarbeelden, afkomstig van de zogeheten Synthetic Aperture Radar (SAR), van deze twee satellieten gebruikt voor een alternatieve monitormethode.

De radargolven weerkaatsen tegen de grond en arriveren na een bepaalde tijdsfase weer bij de satelliet. Uit het verschil tussen twee op verschillende tijdstippen gereflecteerde golven kan de tussentijdse stijging of daling van de bodem worden afgeleid. De faseverschillen worden zichtbaar gemaakt in zogenoemde interferogrammen - vandaar de term Insar.

Het probleem is echter dat niet alleen bodemdeformaties faseverschillen opleveren. 'De satelliet maakt de tweede radaropname nooit vanaf precies dezelfde positie als de eerste opname', zegt Usai. 'Daardoor ontstaat er een extra faseverschil. Dat effect moet je ervan aftrekken.'

Een andere ongewenste bron van fouten is de situatie aan en boven het grondoppervlak. In de periode tussen de twee opnamen kan die situatie veranderen, waardoor het teruggekaatste signaal ook verandert. 'Grasgroei is al een probleem', aldus Usai. 'Of wind in een bos. Daardoor krijg je een ander soort reflectie, en kun je geen goed interferogram meer maken.'

Daarom werd Insar tot nu toe voornamelijk succesvol toegepast in woestijnen, waar je geen last hebt van veranderende vegetatie. Usai: 'Dat is natuurlijk leuk en aardig, maar daar wonen dus ook geen twee miljoen mensen die geholpen kunnen worden.'

De onderzoekster loste het probleem op door zoveel mogelijk interferogrammen te combineren. Wie de bodemdaling over de afgelopen zes jaar wil weten, heeft niet genoeg aan een radarplaatje van nu en eentje van zes jaar geleden. 'Het resulterende interferogram zou pure ruis zijn', zegt Usai. Pas door ook tussenliggende momentopnamen toe te voegen, ontstaat er bruikbare informatie.

Usai genereerde op die manier toch bruikbare interferogrammen van het gebied, met typerende regenboogachtige kleurenbanden. Ze kwam tot de conclusie dat tussen 1993 en 1999 rond Pozzuoli een soepbordvormige bodemdaling heeft plaatsgevonden, met een grootste daling van 23 centimeter in het centrum van Pozzuoli zelf.

Een geofysicus, werkzaam bij het Jet Propulsion Laboratory in Californië, simuleerde een aantal mechanismen die de abrupte stijging in de jaren tachtig en de daaropvolgende daling kunnen hebben veroorzaakt. Hij vergeleek vervolgens de resultaten van die simulaties met de interferogrammen van Usai.

'Onze resultaten lijken de hypothese te bevestigen dat de magmakamer onder de Campi Flegrei periodiek onder hoge druk komt door instroom van lava of door opwarming', zegt Usai. Daardoor komt een erboven gelegen waterreservoir onder pressie, wat de abrupte bodemstijging tot gevolg heeft, zoals in de jaren tachtig. Maar tegelijkertijd ontstaan er scheuren in de omringende rotsen. 'Die vormen een soort veiligheidsventiel, want vervolgens lekt het water, door die scheuren, weg uit het reservoir. Dat zou de langzame daling gedurende de jaren negentig verklaren.

'Maar het belangrijkste van dit onderzoek is dat het een methode heeft opgeleverd waarmee de bodem goed in de gaten gehouden kan worden', zegt Usai. 'Je kunt telkens het laatste radarbeeld toevoegen, en dan de hele trend updaten. Ik hoop dat de methode in de toekomst net zo gangbaar wordt als GPS nu.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden