Eind vorige maand, een stratovulkaan op Bali genaamd Mount Agung begon te roken. Onder de berg trilden kleine aardbevingen. Ambtenaren hebben sindsdien duizenden mensen geëvacueerd om te voorkomen wat er gebeurde toen Agung in 1963 uitbarstte, meer dan 1 doden 000 mensen.

Voordat vulkanen uitbarsten, er zijn vaak waarschuwingssignalen. Kleine aardbevingen die zelden door mensen worden gevoeld, maar worden waargenomen door seismografen, komen uit de vulkaan. Pluimen waterdamp stijgen op uit de krater. Wanneer de vulkaan gassen zoals koolstofdioxide en zwaveldioxide begint uit te stoten, uitbarsting kan op handen zijn.

Maar dicht bij de top van een vulkaan komen is gevaarlijk werk. Het gebruik van teledetectie om stijgende kooldioxide- en zwaveldioxide-emissies te detecteren zonder mensen of apparatuur in gevaar te brengen, zou het menselijk begrip van vulkanen aanzienlijk vergroten. Emissies via teledetectie kunnen humanitaire rampen en valse alarmen voorkomen.

Mount Agung is nog niet uitgebarsten (op het moment dat dit artikel werd geschreven), maar de seismische activiteit blijft intens. Balinese functionarissen beginnen zich af te vragen of er echt een uitbarsting op handen is; de mensen die uit het gebied zijn geëvacueerd, willen terug naar hun huizen en het toerisme ligt plat.

Onderzoekers, waaronder de vulkanoloog Simon Carn van de Michigan Technological University, hebben een verzameling artikelen gepubliceerd, waaronder "Detectie in de ruimte van gelokaliseerde koolstofdioxidebronnen" in het tijdschrift Wetenschap ; het artikel beschrijft de eerste bekende meting van gelokaliseerde antropogene en natuurlijke koolstofdioxidebronnen van een satelliet in een lage baan om de aarde.

De vijf artikelen in de OCO-2 Science Special Collection tonen de mogelijkheden van NASA's Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satelliet; metingen van de sensoren van de satelliet geven inzicht in hoe koolstof alles op aarde met elkaar verbindt. Het onderzoek wordt ondersteund door NASA's Jet Propulsion Laboratory.

Bewaken van CO2-emissies vanuit de ruimte

De paper die Carn co-auteur was, bespreekt hoe het onderzoeksteam hoge resolutie, gevoelige ruimtemetingen van atmosferische kooldioxide op kilometerschaal. Deze gegevens laten zien dat de sensoren van de satelliet in staat zijn om gelokaliseerde bronnen van koolstofdioxide in de atmosfeer te lokaliseren - een moeilijke taak gezien de enorme hoeveelheid achtergrondkooldioxide in de atmosfeer om mee te beginnen.

De satelliet maakt gebruik van spectrometrie; de sensoren aan boord van de satelliet meten gereflecteerd zonlicht - straling - in hoge spectrale resolutie met behulp van golflengten die niet detecteerbaar zijn voor het menselijk oog. Als licht door koolstofdioxide gaat, een deel wordt geabsorbeerd door het gas. Het resterende licht weerkaatst van de oceaan en de aarde. De OCO-2-sensoren meten het licht dat terugkaatst om te kwantificeren wat werd geabsorbeerd door kooldioxide, waardoor wetenschappers emissiebronnen kunnen isoleren, of het nu menselijk of natuurlijk is.

"De belangrijkste focus van het artikel is het detecteren van gelokaliseerde, puntbronemissies van kooldioxide in tegenstelling tot het meten van de grootschalige concentratie in de atmosfeer, " zegt Karen, een universitair hoofddocent bij de afdeling Geologische en Mijnbouwkunde en Wetenschappen. "Vulkanen kunnen sterk zijn, plaatselijke bronnen van koolstofdioxide. Maar op wereldschaal al het beschikbare bewijs geeft aan dat menselijke activiteiten veel meer koolstofdioxide uitstoten dan vulkanen."

De ruimtelijke resolutie van de OCO-2-satelliet - 2,25 kilometer - is hoog genoeg om chemische signalen niet te verdunnen. Echter, terwijl de metingen van OCO-2 ongekend zijn, de satelliet kan niet worden gebruikt als routine-instrument voor het bewaken van vulkaanuitbarstingen, omdat hij niet vaak genoeg over dezelfde plaats op aarde gaat.

"Dit is een demonstratie dat de techniek werkt, maar we hebben betere sensoren nodig voordat het een routinecontrole-instrument wordt, vooral voor vulkanen waar we snelle veranderingen in de gasemissies verwachten, " zegt Carn. "Als we vulkanisch koolstofdioxide routinematig vanuit de ruimte zouden kunnen meten, het zou een zeer krachtige aanvulling zijn op de technieken die we gebruiken. Dat soort observatie zou nu nuttig zijn (voor Agung).

Carn kamde door satellietgegevens om detecteerbare koolstofdioxidemetingen in de ruimte te vinden van drie vulkanen in de Pacifische eilandnatie Vanuatu. Een van deze, berg Yasur, uitbarst sinds minstens de 18e eeuw, en op de dag van de OCO-2-meting stootte kooldioxide ongeveer 3,4 delen per miljoen boven de atmosferische achtergrondniveaus uit, gelijk aan ongeveer 42 kiloton uitstoot. In vergelijking, menselijke emissies gemiddeld 100, 000 kiloton per dag.

De sensoren van OCO-2 hebben ook de uitstoot van kooldioxide gemeten boven het bassin van Los Angeles, het detecteren van een soort kooldioxide "koepel". Stedelijke gebieden zijn verantwoordelijk voor meer dan 70 procent van de antropogene emissies.

"Natuurlijke processen op aarde kunnen momenteel ongeveer de helft van de menselijke uitstoot van fossiele brandstoffen absorberen, " zegt Annmarie Eldering, OCO-2 plaatsvervangend projectwetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, en hoofdauteur van een overzichtspaper in Wetenschap over de stand van de OCO-2-wetenschap. "Als die natuurlijke processen haperen, het vertragen van de nuttige verwijdering van koolstofdioxide, door broeikasgassen veroorzaakte opwarming zou versnellen en intensiveren. Deze gegevens beginnen ons een beter beeld te geven van hoe het klimaat de koolstofcyclus beïnvloedt, het verminderen van de enorme onzekerheid over hoe beide in de toekomst zouden kunnen veranderen."

De OCO-2-metingen in Los Angeles waren gedetailleerd genoeg om verschillen in concentraties binnen de stad als gevolg van gelokaliseerde bronnen vast te stellen. Ze volgden ook de afnemende kooldioxideconcentraties terwijl het ruimtevaartuig van de drukke stad naar de buitenwijken en naar de dunbevolkte woestijn in het noorden ging.