Vi kan bruge droner til at komme indenfor og lære mere om aktive, gasfyldte vulkaner

Vulkanudbrud kan ikke forudsiges med 100 % sikkerhed. Detaljer om et kommende udbrud kan dog estimeres ved hjælp af de varme og ildelugtende gasser, som en vulkan producerer.

Disse gasser giver fingerpeg om tidspunktet, varigheden eller sværhedsgraden af ​​kommende udbrud, som kan hjælpe lokale myndigheder med at beslutte, om og hvornår de omkringliggende samfund skal evakueres.

I gennemsnit er der op til 50 vulkaner i aktivt udbrud på planeten på et givet tidspunkt. Mange af disse vulkaner er mere tilbøjelige til at udspy varme gasser - som damp og kuldioxid - end lava. At indsamle disse gasser er nøglen til at forstå vulkanernes mystiske måder, men det kan være farligt.

Nu gør droner det mere sikkert og nemmere end nogensinde før.

Gasfyldte vulkaner

I det meste af det sidste årti har jeg besøgt sådanne gasfyldte vulkaner regelmæssigt for at fange dem lige før, under eller efter et udbrud.

Jeg har arbejdet sammen med andre videnskabsmænd og ingeniører for at måle vulkanske gasser med en række forskellige enheder knyttet til droner.

Vores seneste forskning bruger droner til at fange vulkansk kuldioxid ved Poás-vulkanen i Costa Rica. Vi målte isotoper af kulstof i denne kuldioxid og opdagede et mønster i den måde, hvorpå disse kemiske fingeraftryk ændrer sig under forskellige aktivitetsstadier.

Unik carbon makeup

Kuldioxid er overalt:i luften vi udånder, i køretøjets udstødning - og opløst i magma. Ved vulkaner undslipper den fra magma til overfladen gennem revner og hydrotermiske systemer (som gejserne i Yellowstone National Park), ved at sive gennem jorden eller ved at puste ud i en gasfane.

Ved at få en prøve af dette vulkanske kulstof kan vi måle det stabile kulstofisotopforhold, en unik kemisk sammensætning, som afspejler kilden og vejen for CO₂ tog til overfladen.

Hver vulkan rundt om i verden producerer en unik række af disse kulstofisotoper, som ændrer sig, når det vulkanske system ændrer sig.

Det tog dog lang tid at indsamle hver prøve, da forskerne skulle vandre ned i et krater, hvilket satte dem i fare hvert sekund, de forblev i farezonen. Med udviklingen af ​​ubesatte luftsystemer (UAS, også kendt som droner), er forskere begyndt at sende disse maskiner ind i fareområderne.

Anvendelse af droner

For at gøre dette brugte vi kontakter og elektronikdele til at forbinde gassensorer til UAS's kommunikationssystemer ombord. Den vulkanske CO₂ ville blive suget ind gennem en række slanger ved hjælp af en pumpe og sensorer, der ville sende et signal tilbage til piloten, når vi kom ind i gasfanen. Med et tryk på en kontakt på fjernbetjeningen kunne piloten vælge – på sikker afstand – hvornår og hvor han skulle indsamle gasprøven.

Vi ankom til Costa Rica i april 2019 med vores skinnende nye drone-setup, som vi lancerede ved kanten af ​​Poás-vulkanen, og som styrtede ned næsten øjeblikkeligt. Heldigvis fik vores team en hurtig løsning til vores anden drone – en pumpe og en switch, der hænger fra dronen i en vaskepose. Det fungerede upåklageligt.

For at undgå yderligere tab kom vi tæt på krateret og fløj vores forsamling direkte over det. Senere samme dag så vi på de stabile isotoper af kulstof i vores droneprøver og i prøverne, vi tog fra jorden. Efter at vi havde redegjort for blandingen med den almindelige luft i droneprøverne, var de to resultater slående ens. Vores dronesamling virkede!

Der opstår et mønster

Da vi begyndte at kompilere vores data med alle kulstofisotoper målt ved Poás-vulkanen tidligere, bemærkede vi en tendens i, hvordan balancen mellem isotoper skiftede, når vulkanen opførte sig anderledes.

Under udbrudsfaser, da Poás lavede våde eksplosioner og frigav ekstra varm, svovlrig gas, gled kulstofisotoperne ned til lettere værdier. I mellemtiden, i roligere faser, hvor vulkanen blev forseglet, steg den isotopiske balance til tungere værdier.

Med denne nye indsigt kunne vi se endnu længere tilbage og sy vores data sammen med isotopdata fra ældre aktivitet. Vi så, at dette mønster gentog sig selv, hvor kulstofisotoperne vekslede mellem tunge og lette værdier i løbet af de sidste 20 års aktivitet ved Poás. Der var relativt høje værdier, når vulkanen var forseglet, og der var relativt lette værdier, når vulkanen var åben.

Vi har nu en blåkopi af, hvilke advarselssignaler vi skal kigge efter i fremtidige isotoper af kulstof, der udtages ved denne vulkan, når den er ved at gøre sig klar til at gå i udbrud.

24. august 2020, ~ Poas Volcano, Costa Rica #volcano #poas #CostaRica
Skru lidt ned for lyden! pic.twitter.com/I8kyvF75dM

— Volcano Time-Lapse (@DavidHe11952876) 24. august 2020

Fremtidig forskning

Takket være droner fangede vi den første CO₂ from Poás volcano since 2014. Volcanic gases sampled before our work were all taken by hand by brave volcano scientists climbing down into the crater of Poás. These expeditions were few and far between.

We hope that with the onset of gas-capturing drones, carbon dioxide at volcanoes can start to be sampled more frequently. This will fill the gaps in the timeline and help us understand and forecast eruptions. + Udforsk yderligere

Degassing data suggests Mt. Etna began showing signs of pressure buildup months before 2018 eruption

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.