Учитывая, что на Земле насчитывается около 300 действующих вулканов, проблема заключается в том, как отслеживать их все, чтобы отправлять ранние предупреждения до их извержения. Измерение выбросов вулканического газа - тоже непростая задача. Теперь исследователи разработали специально адаптированные дроны для сбора данных с действующего вулкана в Папуа-Новой Гвинее.
Дроны могут помочь местным сообществам контролировать близлежащие вулканы и прогнозировать извержения в будущем. Их измерения также могут рассказать нам больше о самых недоступных, высокоактивных вулканах на планете и о том, как вулканы вносят вклад в глобальный углеродный цикл.
Вулкан Манам расположен на острове шириной всего 10 километров, который находится у северо-восточного побережья Папуа-Новой Гвинеи. На острове проживает более 9000 человек, а Манам Моту, как его называют местные жители, является одним из самых активных вулканов в стране. В 2004 году сильное извержение Манама вынудило весь остров эвакуироваться на материк и разрушило посевы и дома людей.
У ученых есть несколько способов предсказать, когда взорвется вулкан. Они могут отслеживать землетрясения в этом районе, обнаруживать толчки, которые почти всегда предшествуют извержениям, и следить за выпуклостями в наклонных стенах вулкана, когда под ними накапливается магма.
Когда позволяет ясное небо, спутники также могут быстро обнаруживать и измерять вулканические выбросы газов, таких как диоксид серы (SO2). Изменения в этих газовых выбросах могут сигнализировать об увеличении активности вулкана внизу.
«Манам детально не изучался, но по спутниковым данным мы могли видеть, что он производит сильные выбросы», - сказала вулканолог Эмма Лю из Университетского колледжа Лондона, возглавлявшая исследовательскую группу ученых-геологов и аэрокосмических инженеров.
«Мы [также] хотели количественно оценить выбросы углерода от этого очень крупного источника выбросов углекислого газа», - добавил геохимик Тобиас Фишер из Университета Нью-Мексико.
Хотя вулканы выделяют лишь небольшую часть выбросов углерода, от выделяемых людьми, исследователи по-прежнему хотят иметь возможность оценить, сколько углекислого газа (CO2) они выбрасывают, чтобы учесть это в углеродном бюджете, который у нас остался, чтобы ограничить последствия изменения климата.
Отправляясь в Папуа-Новой Гвинею, международная команда приступила к тестированию двух типов дронов дальнего действия, оснащенных датчиками газа, камерами и другими устройствами, во время двух полевых кампаний на острове Манам, в октябре 2018 года и мае 2019 года.
Крутые склоны Манама делают невероятно опасным даже сбор образцов газа пешком, в то время как дроны могут безопасно летать прямо в вздымающиеся шлейфы, помогая исследовательской группе более точно измерить выбросы вулканического газа.
Дроны пролетели более 2000 метров в турбулентных вулканических шлейфах Манама и примерно в 6 километрах от своей стартовой площадки, вне поля зрения управляющих ими ученых.
Подготовка одного из дронов к испытательному полету. Фото: Matthew Wordell
Во время каждого полета дроны делали снимки Манама и двух его кратеров, измеряли состав газа прямо над поднимающимися шлейфами и собирали дополнительно четыре мешка с газом для быстрого анализа, когда дрон приземлялся.
Аэрофотоснимки пролета дронов показали, что дегазация южного кратера Манама усилилась в период с октября 2018 года по май 2019 года. На самом деле, вулкан вскоре извергся в июне, всего через месяц после второй поездки исследователей.
Но рост вулканических выбросов не только является надежным индикатором того, является ли извержение неизбежным или вероятным, поэтому исследователи также изучили соотношение между различными газами, а именно CO2 и SO2, в шлейфах Манама.
Это может помочь обнаружить подъем горячей магмы на поверхность и выброс богатых газом СО2 выбросов, которые, как сообщается, предшествуют большим извержениям.
Однако исследователи обнаружили, что смесь газов, выброшенных из Манама, была примерно одинаковой во время обеих экспедиций.
Объединив данные измерений с помощью дронов со спутниковыми данными, исследователи смогли показать, что Манам входит в десятку самых сильных дегазирующих вулканов в мире, выбрасывая ежедневно около 3700 тонн CO2 и примерно 5100 тонн SO2 - выше, чем показывали предыдущие оценки.
Вид с воздуха на действующее жерло вулкана Манам в Папуа-Новой Гвинее: расплавленная магма у поверхности. Фото: Emma Liu
Команда также пришла к выводу, что большая часть выбросов углерода Манама, вероятно, происходит из верхней мантии, а не из отложений более мелкой коры Земли, что выясниллось при анализе различных изотопов углерода в газовой смеси.
«Наш новый подход, то операции с дальними и высотными дронами, позволяющие проводить измерения на месте, - в настоящее время является единственным возможным средством, с помощью которого мы можем охарактеризовать химический состав газа крутых, опасных и высокоактивных вулканов, таких как Манам», исследовательская группа заключила в своей статье.
Дальнейшие исследования потребуют от ученых более кропотливой работы и большего полетного времени от дронов, поскольку измерения в рамках этого исследования длились всего 10 дней.
При наличии достаточного финансирования для оборудования и обучения местных ученых эту стратегию можно использовать в других местах для мониторинга других опасно недоступных вулканов, таких как Майон на Филиппинах и Синабунг в Индонезии.
Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.
Источник: ScienceAlert
