NASA-satellitter registrerer tegn på vulkansk uro år før udbrud

Selvom der er tegn på, at en vulkan sandsynligvis vil bryde ud i den nærmeste fremtid - en stigning i seismisk aktivitet, ændringer i gasemissioner, og pludselig jorddeformation, for eksempel - det er notorisk svært at forudsige sådanne udbrud nøjagtigt.

Dette er, delvis, fordi ikke to vulkaner opfører sig nøjagtigt ens, og fordi få af verdens 1, 500 eller deromkring aktive vulkaner har overvågningssystemer på plads. Under de bedste omstændigheder, forskere kan nøjagtigt forudsige et udbrud af en overvåget vulkan flere dage før det sker. Men hvad nu hvis vi vidste måneder eller endda år i forvejen?

Ved hjælp af satellitdata, forskere ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien og University of Alaska, Fairbanks har udviklet en ny metode, der bringer os tættere på den virkelighed. Forskningen blev for nylig offentliggjort i Natur Geovidenskab .

"Den nye metode er baseret på en subtil, men betydelig stigning i varmeemissioner over store områder af en vulkan i årene op til vulkanens udbrud, " sagde hovedforfatter Társilo Girona, tidligere fra JPL og nu ved University of Alaska, Fairbanks. "Det giver os mulighed for at se, at en vulkan er vågnet igen, ofte længe før nogen af ​​de andre tegn har vist sig."

Forsøgsholdet analyserede 16 ½ års strålevarmedata fra Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) – instrumenter ombord på NASAs Terra og Aqua-satellitter – for flere typer vulkaner, der er gået i udbrud i de sidste to årtier. På trods af forskellene mellem vulkanerne, resultaterne var ensartede:I årene op til et udbrud, den strålende overfladetemperatur over store dele af vulkanen steg med omkring 1 grad Celsius fra dens normale tilstand. Det faldt efter hvert udbrud.

"Vi taler ikke om hotspots her, men hellere, opvarmning af store områder af vulkanerne, " sagde medforfatter Paul Lundgren fra JPL. "Så det er sandsynligvis relateret til grundlæggende processer, der sker i dybden."

I særdeleshed, forskerne mener, at varmestigningen kan skyldes samspillet mellem magma-reservoirer og hydrotermiske systemer. Magma (smeltet sten under Jordens overflade) indeholder gasser og andre væsker. Når den stiger op gennem en vulkan, gasserne diffunderer til overfladen og kan afgive varme. Tilsvarende denne afgasning kan lette opstrømningen af ​​underjordisk vand og stigningen af ​​grundvandsspejlet, samt hydrotermisk cirkulation, som kan øge jordtemperaturen. Men videnskabsmænd siger, at andre processer også kan være på spil, fordi mens deres forståelse af vulkanadfærd bliver bedre, det forbliver begrænset.

"Vulkaner er som en æske blandet chokolade:De kan ligne hinanden, men indeni er der en masse variation mellem dem og, Sommetider, selv inden for den samme, " sagde Lundgren. "Oven i det, kun få vulkaner overvåges godt, og nogle af de mest potentielt farlige vulkaner er de mindst hyppigt i udbrud, hvilket betyder, at du ikke kan stole strengt på historiske optegnelser."

Kombinere data

Den nye metode er vigtig i sig selv, men det kan give endnu mere indsigt i vulkanadfærd, når det kombineres med data fra modeller og andre satellitter.

I en undersøgelse offentliggjort i Videnskabelige rapporter sidste sommer, Lundgren brugte interferometric syntetisk aperture radar (InSAR) data til at analysere langsigtet deformation ved Argentinas Domuyo Volcano. Dengang videnskabsmænd var ikke sikre på, om Domuyo var en sovende eller uddød vulkan, eller om det bare var et bjerg. Lundgrens forskning klarede det hurtigt. Han opdagede uventet en periode med inflation, hvilket er, når en del af en vulkan udvider sig, når en ny masse magma bevæger sig opad og skubber sten af ​​vejen. Det viser sig, at Domuyo i høj grad er en vulkan - og en aktiv.

Næste, Lundgren sammenlignede denne deformationstidsserie med den termiske tidsserie Társilo Girona skabt til Domuyo Volcano. Lundgrens mål:at bestemme, om de to processer - en stigning i både strålingsoverfladetemperatur over store områder af vulkanen og deformation - var forbundet.

"Vi fandt ud af, at den termiske tidsserie meget efterlignede deformationstidsrækkerne, men med en vis tidsadskillelse, " sagde Lundgren. "Selvom det stadig er uklart, hvilken proces der sandsynligvis vil ske først, ved at vise sammenhængen, vi kan forbinde processerne gennem fysikbaserede fortolkninger i stedet for blot at stole på, hvad vi er i stand til at observere i undergrunden."

Med andre ord, at kombinere datasættene giver fingerpeg om, hvad der sker dybere inde i vulkanen, og hvordan de forskellige processer påvirker og interagerer med hinanden – data, der kan forbedre nøjagtigheden af ​​modeller, der bruges til at forudsige udbrud.

"Selvom forskningen ikke besvarer alle spørgsmålene, det åbner døren til nye fjernmålingsmetoder – især for fjerne vulkaner – der burde give os nogle grundlæggende indsigter i konkurrerende hypoteser for, hvordan vulkaner opfører sig i generelle dynamiske termer over tidsskalaer på få år til årtier, " tilføjede Lundgren.

Ser frem til

Bevæger sig fremad, forskerne vil teste den termiske tidsseriemetode på flere vulkaner og fortsætte med at finjustere dens præcision.

"Et af målene er en dag at have et værktøj, der kan bruges i næsten realtid til at tjekke for vulkansk aktivitet i vulkanske områder, " sagde Girona. "Selv for små udbrud, der er tegn på termisk uro før påbegyndelsen af ​​udbruddet, så den nye metode er med til at bringe os lidt tættere på det mål."

Dataene er med til at supplere eksisterende værktøjer, der bruges ved overvågede vulkaner. Men de øger også i høj grad antallet af vulkaner, som potentielt livreddende data kan stilles til rådighed for.

"Ved at bruge den nye termiske metode, der registrerer ændringer i overfladetemperaturen omkring vulkaner, og InSAR jordoverfladedeformationsmålingerne hjælper vulkanobservatorier omkring ordet at identificere, hvilke vulkaner der er mest tilbøjelige til at bryde ud, og hvilke vulkaner der bør instrumenteres til tættere observationer, " sagde Lundgren. "Ved at bruge satellitdata, du øger omfanget af, hvad der kan overvåges på regelmæssig basis."

Hvad angår den engang stort set ignorerede Domuyo, historien udvikler sig stadig:Det er en af ​​flere vulkaner, der for nylig blev prioriteret af den argentinske regering for at blive udstyret med et overvågningssystem.