Uwaga redaktora: W tej cotygodniowej serii LiveScience bada, w jaki sposób technologia napędza badania naukowe i odkrycia.
Monitorowanie wulkanów to trudny koncert. Musisz wiedzieć, co się dzieje - ale zbytnie zbliżenie się jest śmiertelną propozycją.
Na szczęście technologia sprawiła, że obserwowanie gór magicznych i popiołów na całym świecie jest łatwiejsze niż kiedykolwiek. Znaczna część tej technologii pozwala badaczom trzymać się z daleka (nawet obserwując wulkany z kosmosu), jednocześnie uważnie obserwując aktywność wulkaniczną. Niektóre z tych technologii mogą nawet przenikać spowite chmurami szczyty wulkanów, umożliwiając naukowcom „zobaczenie” zmian gruntu, które mogą sygnalizować zbliżające się wybuchy lub niebezpieczne zawalenie się kopuły lawy.
„Lubisz mieć wiele źródeł informacji, aby zmaksymalizować zdolność rozumienia tego, co się dzieje” - powiedział Geoff Wadge, dyrektor Centrum Nauk o Środowiskach na University of Reading w Wielkiej Brytanii.
Gazowa praca
Monitorowanie wulkanów polegało na dostawaniu butów na ziemię. Oczywiście w terenie nadal odbywają się osobiste prace w terenie, ale teraz naukowcy mają do dyspozycji znacznie więcej narzędzi do śledzenia zmian przez całą dobę.
Na przykład naukowcy musieli kiedyś zbiec do wlotów gazu wulkanicznego, wyciągnąć butelkę, aby przechwycić gaz, a następnie wysłać zamkniętą butelkę do laboratorium w celu analizy. Ta technika była czasochłonna i niebezpieczna, biorąc pod uwagę, że duża liczba gazów wulkanicznych jest śmiertelna. Teraz naukowcy znacznie częściej sięgają po technologię do tych brudnych zadań. Na przykład spektrometry ultrafioletowe mierzą ilość światła ultrafioletowego ze światła słonecznego pochłoniętego przez pióropusz wulkaniczny. Ten pomiar pozwala badaczom określić ilość dwutlenku siarki w chmurze.
Innym narzędziem stosowanym w Hawaiian Volcano Observatory od 2004 roku jest spektrometr z transformacją Fouriera, który działa podobnie, ale wykorzystuje światło podczerwone zamiast ultrafioletowe. Jedna z najnowszych sztuczek obserwatorium łączy spektrometrię ultrafioletową z fotografią cyfrową, wykorzystując kamery, które mogą rejestrować kilka pomiarów gazu na minutę w terenie. Wszystkie te informacje o gazach pomagają badaczom dowiedzieć się, ile magmy znajduje się pod wulkanem i co ona robi.
Pomiar ruchu
Inne zaawansowane technologie śledzą ruch naziemny wyzwalany przez wulkan. Deformacja ziemi wokół wulkanu może sygnalizować zbliżającą się erupcję, podobnie jak trzęsienia ziemi. Hawaiian Volcano Observatory ma ponad 60 czujników globalnego systemu pozycjonowania (GPS) śledzących ruch w aktywnych stanach wulkanicznych. Te czujniki GPS niewiele różnią się od czujników w systemie nawigacyjnym samochodu lub w telefonie, ale są bardziej czułe.
Tiltometry, które dokładnie brzmią, mierzą, jak ziemia przechyla się w obszarze wulkanicznym, co jest kolejnym charakterystycznym znakiem, że coś może mieszać pod ziemią.
Oko na niebie jest również przydatne do śledzenia zmian wulkanicznych. Zdjęcia satelitarne mogą ujawnić nawet drobne zmiany wysokości na ziemi. Jedna popularna technika, zwana interferometrycznym radarem z syntetyczną aperturą (lub InSAR), obejmuje dwa lub więcej zdjęć satelitarnych wykonanych z tego samego miejsca na orbicie w różnych momentach. Zmiany w tym, jak szybko sygnał radarowy satelity odbija się w kosmos, ujawniają subtelne deformacje na powierzchni Ziemi. Korzystając z tych danych, naukowcy mogą tworzyć mapy pokazujące zmiany gruntu z dokładnością do centymetra.
Satelity przelatują nad wulkanami tylko tak często, jednak ograniczając liczbę widoków co najwyżej co 10 dni, Wadge powiedział LiveScience. Aby to zrekompensować, badacze stosują obecnie naziemny radar, podobny do radaru używanego do śledzenia pogody, aby monitorować aktywność wulkaniczną. Wadge i jego koledzy opracowali jedno narzędzie, zwane czujnikiem wyobrażeń topografii wulkanów na każdą pogodę (ATVIS), który wykorzystuje fale o częstotliwości zaledwie milimetrów do penetrowania chmur, które często osłaniają szczyty wulkanów. Dzięki ATVIS naukowcy mogą „obserwować” tworzenie się lawowych kopuł lub stopniowo narastających obrzęków na wulkanach.
„Kopuły lawy są bardzo niebezpieczne, ponieważ wylewają tę bardzo lepką lawę na duży stos i ostatecznie zapadają się. W ten sposób wytwarza przepływ piroklastyczny” - powiedział Wadge.
Przepływ piroklastyczny jest zabójczą, szybko poruszającą się rzeką gorącej skały i gazu, która może zabić tysiące w kilka minut.
Wadge i jego koledzy testują ATVIS na aktywnej wulkanicznie wyspie Montserrat w Indiach Zachodnich. Od 1995 roku wulkan Soufriere Hills na wyspie okresowo wybucha.
Pomiary radarowe mogą również śledzić przepływy stopionej lawy z kosmosu, powiedział Wadge. Chociaż przejazdy satelitarne mogą się odbywać tylko co kilka dni, przyrządy radarowe mogą wskazać lokalizacje z odległości kilku stóp (1 do 2 metrów). Łącząc zdjęcia zrobione z kosmosu powolnego przepływu lawy, można odkryć sekwencję „filmową”, w której postęp się rozwija, powiedział Wadge.
Najnowocześniejsza technologia
W coraz większym stopniu naukowcy zwracają się do bezzałogowych dronów, które zbliżają się do wulkanu, jednocześnie chroniąc ludzi przed niebezpieczeństwem. W marcu 2013 r. NASA przeprowadziła 10 zdalnie sterowanych misji bezzałogowych w pióropusz wulkanu Turrialba w Kostaryce. Drony o wadze 5 funtów (2,2 kg) niosły kamery wideo filmujące zarówno w świetle widzialnym, jak i podczerwonym, czujniki dwutlenku siarki, czujniki cząstek i butelki do pobierania próbek powietrza. Celem jest wykorzystanie danych z pióropuszu do poprawy komputerowych prognoz zagrożeń wulkanicznych, takich jak „vog” lub toksyczny smog wulkaniczny.
Czasami technologia może nawet złapać erupcję, której nikt by nie zauważył inaczej. W maju odległy wulkan Cleveland na Alasce wysadził swój szczyt. Wulkan znajduje się na Wyspach Aleuckich, tak odległych, że nie ma monitoringu sieci sejsmicznej pod kątem wybuchów. Jednak erupcje mogą zakłócać podróż samolotem, dlatego naukowcy muszą wiedzieć, kiedy dochodzi do wybuchu. Aby monitorować zatłoczony wulkan Cleveland, naukowcy z Alaska Volcano Observatory używają infradźwięków do wykrywania pomruków o niskiej częstotliwości poniżej zasięgu ludzkiego słuchu. 4 maja ta technika umożliwiła naukowcom wykrycie trzech wybuchów niespokojnego wulkanu.
W innym przypadku zdalnego wykrywania wulkanów w sierpniu 2012 r. Statek w Royal Navy w Nowej Zelandii zgłosił pływającą wyspę pumeksu o długości 300 mil (482 km) na południowym Pacyfiku. Pochodzenie pumeksu prawdopodobnie pozostanie tajemnicą, ale wulkanolog Erik Klemetti z Denison University i wizualizator NASA Robert Simmon postanowili poszukać źródła. Dwaj naukowcy przeszukali miesiące zdjęć satelitarnych z satelitów Terra i Aqua NASA i znaleźli pierwszy ślad erupcji: popielatą wodę i pióropusz wulkaniczny w podwodnym wulkanie zwanym Havre Seamount 19 lipca 2012 r.
„Gdybyś nie wiedział, gdzie szukać, przegapiłbyś to” - powiedział Klemetti LiveScience. Powiedział, że zdjęcia satelitarne oraz inne postępy technologiczne umożliwiły wulkanologom wykrycie większej liczby erupcji niż kiedykolwiek wcześniej.
„Cofnij się 25 lat temu, jest wiele miejsc, w których nie mielibyśmy pojęcia, że doszło do erupcji” - powiedział Klemetti.
