Speciaal aangepaste drones, ontwikkeld door een internationaal team onder leiding van de UCL, hebben gegevens verzameld van nooit eerder onderzochte vulkanen, waardoor lokale gemeenschappen toekomstige uitbarstingen beter kunnen voorspellen.

Het baanbrekende onderzoek bij de Manam-vulkaan in Papoea-Nieuw-Guinea verbetert het inzicht van wetenschappers in hoe vulkanen bijdragen aan de wereldwijde koolstofcyclus, sleutel tot het in stand houden van het leven op aarde.

De bevindingen van het team, gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , voor het eerst laten zien hoe het mogelijk is om metingen vanuit de lucht te combineren, aarde en ruimte om meer te leren over de meest ontoegankelijke, zeer actieve vulkanen op de planeet.

Bij het ABOVE-project waren specialisten uit het VK betrokken, ONS., Canada, Italië, Zweden, Duitsland, Costa Rica, Nieuw-Zeeland en Papoea-Nieuw-Guinea, verspreid over vulkanologie en ruimtevaarttechniek.

Ze creëerden samen oplossingen voor de uitdagingen van het meten van gasemissies van actieve vulkanen, door het gebruik van aangepaste langeafstandsdrones.

Door in-situ luchtmetingen te combineren met resultaten van satellieten en op de grond gebaseerde afstandssensoren, onderzoekers kunnen een veel rijkere dataset verzamelen dan voorheen mogelijk was. Hierdoor kunnen ze actieve vulkanen op afstand in de gaten houden, beter inzicht krijgen in hoeveel koolstofdioxide (CO ₂ ) wordt wereldwijd door vulkanen vrijgegeven en, belangrijk, waar deze koolstof vandaan komt.

Met een diameter van 10 km, De Manam-vulkaan ligt op een eiland 13 km voor de noordoostkust van het vasteland, bij 1, 800 meter boven zeeniveau.

Eerdere studies hebben aangetoond dat het een van 's werelds grootste uitstoters van zwaveldioxide is, maar er was niets bekend over zijn CO ₂ uitvoer.

Vulkanische CO ₂ emissies zijn moeilijk te meten vanwege de hoge concentraties in de achtergrondatmosfeer. Metingen moeten zeer dicht bij actieve ventilatieopeningen worden verzameld en, bij gevaarlijke vulkanen zoals Manam, drones zijn de enige manier om veilig monsters te verkrijgen. Toch zijn dronevluchten buiten het gezichtsveld zelden geprobeerd in vulkanische omgevingen.

Geminiaturiseerde gassensoren toevoegen, spectrometers en bemonsteringsapparaten die automatisch worden geactiveerd om te openen en te sluiten, het team was in staat om de drone 2 km hoog en 6 km weg te vliegen om de top van Manam te bereiken, waar ze gasmonsters vingen die binnen enkele uren moesten worden geanalyseerd.

Het berekenen van de verhouding tussen zwavel- en koolstofdioxidegehalte in de uitstoot van een vulkaan is van cruciaal belang om te bepalen hoe waarschijnlijk het is dat een uitbarsting zal plaatsvinden, omdat het vulkanologen helpt de locatie van zijn magma vast te stellen.

De laatste grote uitbarstingen van Manam tussen 2004 en 2006 verwoestten grote delen van het eiland en verdreven de bevolking van ongeveer 4, 000 mensen naar het vasteland; hun gewassen vernietigd en watervoorraden besmet.

Projectleider Dr. Emma Liu (UCL Earth Sciences) zei:"Manam is niet in detail bestudeerd, maar we konden aan de hand van satellietgegevens zien dat het sterke emissies produceerde. team heeft een ongelooflijke werkdruk, maar ze hebben ons echt geholpen om de banden te leggen met de gemeenschap die op het eiland Manam woont."

Naar aanleiding van het veldwerk, de onderzoekers zamelden geld in om computers te kopen, zonnepanelen en andere technologie om de lokale gemeenschap - die sindsdien een rampenparaatheidsgroep heeft samengesteld - in staat te stellen via satelliet vanaf het eiland te communiceren, en om drone-operaties te geven aan het personeel van het Rabaul Volcanological Observatory om te helpen bij hun monitoringinspanningen.

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, atmosfeer, 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."