Vulkaanuitbarstingen kunnen niet met 100% zekerheid worden voorspeld. Details over een aanstaande uitbarsting kunnen echter worden geschat met behulp van de hete en stinkende gassen die een vulkaan produceert.

Deze gassen geven aanwijzingen over de timing, duur of ernst van aanstaande uitbarstingen die lokale autoriteiten kunnen helpen beslissen of en wanneer de omliggende gemeenschappen moeten worden geëvacueerd.

Gemiddeld zijn er op elk moment tot 50 vulkanen actief op de planeet. Veel van deze vulkanen spuwen eerder hete gassen, zoals stoom en koolstofdioxide, uit dan lava. Het verzamelen van deze gassen is de sleutel tot het begrijpen van de mysterieuze manieren van vulkanen, maar het kan gevaarlijk zijn.

Nu maken drones het veiliger en gemakkelijker dan ooit tevoren.

Gazige vulkanen

Het grootste deel van het afgelopen decennium heb ik dergelijke gasachtige vulkanen regelmatig bezocht om ze net voor, tijdens of na een uitbarsting te vangen.

Ik heb met andere wetenschappers en ingenieurs samengewerkt om vulkanische gassen te meten met verschillende apparaten die aan drones zijn bevestigd.

Ons nieuwste onderzoek maakt gebruik van drones om vulkanische koolstofdioxide op te vangen bij de Poás-vulkaan in Costa Rica. We hebben de isotopen van koolstof in deze koolstofdioxide gemeten en een patroon ontdekt in de manier waarop deze chemische vingerafdrukken veranderen tijdens verschillende stadia van activiteit.

Unieke carbon make-up

Kooldioxide is overal:in de lucht die we uitademen, in de uitlaatgassen van voertuigen - en opgelost in magma. Bij vulkanen ontsnapt het van magma naar de oppervlakte via scheuren en hydrothermische systemen (zoals de geisers in Yellowstone National Park), door door de grond te sijpelen of door uit te blazen in een gaspluim.

Door een monster van deze vulkanische koolstof te nemen, kunnen we de stabiele koolstofisotopenverhouding meten, een unieke chemische samenstelling die de bron en het pad van de CO₂ weerspiegelt naar de oppervlakte nam.

Elke vulkaan over de hele wereld produceert een unieke reeks van deze koolstofisotopen die veranderen wanneer het vulkanische systeem verandert.

Het kostte echter veel tijd om elk monster te verzamelen toen onderzoekers in een krater moesten wandelen, waardoor ze elke seconde gevaar liepen dat ze in de gevarenzone bleven. Met de evolutie van onbezette luchtsystemen (UAS, ook bekend als drones), zijn onderzoekers begonnen deze machines naar de gevarenzones te sturen.

Drones inzetten

Hiervoor gebruikten we schakelaars en elektronische onderdelen om gassensoren aan te sluiten op de communicatiesystemen aan boord van de UAS. De vulkanische CO₂ zou worden aangezogen door een reeks buizen met behulp van een pomp en sensoren die een signaal terug zouden sturen naar de piloot wanneer we de gaspluim binnengingen. Met een druk op de knop op de afstandsbediening kon de piloot – op veilige afstand – kiezen wanneer en waar hij het gasmonster wilde verzamelen.

We kwamen in april 2019 aan in Costa Rica met onze glimmende nieuwe drone-opstelling, die we lanceerden aan de rand van de Poás-vulkaan en die vrijwel onmiddellijk neerstortte. Gelukkig heeft ons team een ​​snelle oplossing bedacht voor onze tweede drone:een pomp en schakelaar die in een waszak aan de drone hangt. Het werkte feilloos.

Om verdere verliezen te voorkomen, kwamen we dicht bij de krater en vlogen onze assemblage er direct boven. Later die dag keken we naar de stabiele isotopen van koolstof in onze dronemonsters en in de monsters die we vanaf de grond namen. Nadat we rekening hadden gehouden met de vermenging met de reguliere lucht in de drone-monsters, waren de twee resultaten opvallend vergelijkbaar. Onze drone-assemblage werkte!

Er ontstaat een patroon

Toen we begonnen met het verzamelen van onze gegevens met alle koolstofisotopen die in het verleden bij de Poás-vulkaan zijn gemeten, merkten we een trend in hoe de balans van isotopen verschoof wanneer de vulkaan zich anders gedroeg.

Tijdens uitbarstingsfasen, toen Poás natte explosies maakte waarbij extra heet, zwavelrijk gas vrijkwam, zakten de isotopen van koolstof naar lichtere waarden. Ondertussen, tijdens rustigere fasen toen de vulkaan werd afgesloten, steeg de isotopenbalans naar zwaardere waarden.

Met dit nieuwe inzicht kunnen we nog verder terugkijken en onze gegevens samenvoegen met isotopengegevens van oudere activiteiten. We zagen dat dit patroon zich herhaalde, waarbij de koolstofisotopen afwisselden tussen zware en lichte waarden gedurende de laatste 20 jaar activiteit in Poás. Er waren relatief zware waarden toen de vulkaan was afgesloten en er waren relatief lichte waarden toen de vulkaan open was.

We hebben nu een blauwdruk van naar welke waarschuwingssignalen we moeten zoeken in toekomstige isotopen van koolstof die bij deze vulkaan worden bemonsterd wanneer deze zich opmaakt om uit te barsten.

24 augustus 2020, ~ Poas-vulkaan, Costa Rica #volcano #poas #CostaRica
Zet het geluid een beetje zachter! pic.twitter.com/I8kyvF75dM

— Volcano Time-Lapse (@DavidHe11952876) August 24, 2020

Future research

Thanks to drones, we captured the first 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. + Verder verkennen

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

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.