Ny droneteknologi forbedrer evnen til at forudsige vulkanudbrud

Specielt tilpassede droner udviklet af et UCL-ledet internationalt team har indsamlet data fra aldrig før udforskede vulkaner, der vil sætte lokalsamfund i stand til bedre at forudsige fremtidige udbrud.

Den banebrydende forskning ved vulkanen Manam i Papua Ny Guinea forbedrer forskernes forståelse af, hvordan vulkaner bidrager til den globale kulstofcyklus, nøglen til at opretholde livet på Jorden.

Holdets resultater, udgivet i Videnskab fremskridt , vise for første gang, hvordan det er muligt at kombinere målinger fra luften, jorden og rummet for at lære mere om de mest utilgængelige, meget aktive vulkaner på planeten.

ABOVE -projektet involverede specialister fra Storbritannien, OS., Canada, Italien, Sverige, Tyskland, Costa Rica, New Zealand og Papua Ny Guinea, spænder over vulkanologi og rumfartsteknik.

De skabte løsninger på udfordringerne ved måling af gasemissioner fra aktive vulkaner, ved hjælp af modificerede langdistance-droner.

Ved at kombinere in situ luftmålinger med resultater fra satellitter og jordbaserede fjernsensorer, forskere kan indsamle et meget rigere datasæt end tidligere muligt. Dette gør dem i stand til at overvåge aktive vulkaner eksternt, forbedre forståelsen af, hvor meget kuldioxid (CO ₂ ) frigives af vulkaner globalt og, vigtigt, hvor dette kulstof kommer fra.

Med en diameter på 10 km, Manam vulkan ligger på en ø 13 km ud for den nordøstlige kyst af fastlandet, ved 1, 800 m over havets overflade.

Tidligere undersøgelser har vist, at det er blandt verdens største udledere af svovldioxid, men der var intet kendt om dets CO ₂ produktion.

Vulkanisk CO ₂ emissioner er udfordrende at måle på grund af høje koncentrationer i baggrundsatmosfæren. Målinger skal indsamles meget tæt på aktive ventilationsåbninger, og ved farlige vulkaner som Manam, droner er den eneste måde at få prøver sikkert på. Alligevel har droneflyvninger uden for synsfeltet sjældent været forsøgt i vulkanske miljøer.

Tilføjelse af miniaturiserede gassensorer, spektrometre og prøveudtagningsanordninger, der automatisk udløses til at åbne og lukke, holdet var i stand til at flyve dronen 2 km høj og 6 km væk for at nå Manams topmøde, hvor de fangede gasprøver, der skulle analyseres inden for få timer.

Beregning af forholdet mellem svovl- og kuldioxidniveauer i en vulkanemission er afgørende for at bestemme, hvor sandsynligt et udbrud vil finde sted, da det hjælper vulkanologer med at fastslå placeringen af ​​dens magma.

Manams sidste store udbrud mellem 2004 og 2006 ødelagde store dele af øen og fortrængte befolkningen på omkring 4, 000 mennesker til fastlandet; deres afgrøder ødelagt og vandforsyningen forurenet.

Projektleder Dr. Emma Liu (UCL Earth Sciences) sagde:"Manam er ikke blevet undersøgt i detaljer, men vi kunne se fra satellitdata, at det producerede stærke emissioner. Ressourcerne fra det interne vulkanovervågningsinstitut i landet er små, og teamet har en utrolig arbejdsbyrde, men de hjalp os virkelig med at skabe forbindelser til samfundet, der bor på øen Manam. "

Efter feltarbejdet, forskerne skaffede midler til at købe computere, solpaneler og anden teknologi, der gør det muligt for lokalsamfundet - der siden har sammensat en katastrofeberedskabsgruppe - at kommunikere via satellit fra øen, og at tilbyde drone operationer uddannelse til Rabaul Volcanological Observatory personale for at hjælpe med deres overvågningsindsats.

ABOVE was part of the Deep Carbon Observatory (DCO), a global community of scientists on a ten-year quest to understand more about carbon in Earth.

Volcanic emissions are a critical stage of the Earth's carbon cycle—the movement of carbon between land, atmosfære, and ocean—but CO ₂ measurements have so far been limited to a relatively small number of the world's estimated 500 degassing volcanoes.

Understanding the factors that control volcanic carbon emissions in the present day will reveal how the climate has changed in the past and therefore how it may respond in the future to current human impacts.

Co-author Professor Alessandro Aiuppa (University of Palermo) described the findings as 'a real advance in our field', adding:"Ten years ago you could have only stared and guessed what Manam's CO ₂ emissions were.

"If you take into account all the carbon released by global volcanism, it's less than a percent of the total emission budget, which is dominated by human activity. In a few centuries, humans are acting like thousands of volcanoes. If we continue to pump carbon into the atmosphere, it will make monitoring and forecasting eruptions using aerial gas observations even harder."

Co-author Professor Tobias Fischer (University of New Mexico), added:"In order to understand the drivers of climate change you need to understand the carbon cycle in the earth.

"We wanted to quantify the carbon emission from this very large carbon dioxide emitter. We had very few data in terms of carbon isotope composition, which would identify the source of the carbon and whether it is the mantle, crust or sediment. We wanted to know where that carbon comes from."