新改进的无人机,可以帮助监测火山并预测火山爆发

   通信小金        

据估计,地球上有300个活火山,面临的挑战是如何监测它们,以便在它们爆发前发出预警。而测量火山气体排放也不是一件容易的事。


新改进的无人机,可以帮助监测火山并预测火山爆发


现在,研究人员设计了一种特殊改装的无人机,用于帮助巴布亚新几内亚的一座活火山收集数据。


无人机可以帮助当地社区监测附近的火山并预测未来的火山爆发。他们的测量结果还可以告诉我们有关地球上最难接近,最活跃的火山的信息,以及火山对全球碳循环的贡献。


马纳姆火山位于巴布亚新几内亚东北海岸一个只有10公里(6英里)宽的岛上。岛上居住着9000多名居民,当地称其为Manam Motu火山,是该国最活跃的火山之一。2004年,来自马纳姆的一次大喷发迫使整个岛屿的居民撤离到大陆,并摧毁了人们的庄稼和家园。


科学家有几种预测火山爆发的方法。他们可以监测该地区的地震活动,以检测几乎总是在火山爆发之前发生的地震,并在火山倾斜的墙壁上观察岩浆在下面堆积时是否会隆起。


如果天气晴朗,卫星还可以迅速探测和测量火山释放的二氧化硫(SO2)等气体。这些气体排放的变化可能预示着下面的火山更加活跃。


来自伦敦大学学院的火山学家Emma Liu说:“我们还没有对马纳姆火山进行过详细的研究,但我们可以从卫星数据中看到,它正在产生强烈的辐射。” Emma Liu领导着地球科学家和航天工程师的研究团队。


新墨西哥大学的地球化学家托拜厄斯·费希尔补充说:“我们也想量化这个巨大的二氧化碳排放者的碳排放量。”


尽管火山排放的碳只是人类排放的一小部分,但研究人员仍希望能够估算出火山排放的二氧化碳量,并将其纳入我们现有的碳预算,以限制气候变化的影响。


2018年10月和2019年5月,国际团队前往巴布亚新几内亚,在马纳姆岛进行了两次野外行动,测试了两种配备了气体传感器、摄像机和其他设备的远程无人机。


马纳姆火山陡峭的斜坡使步行收集气体样本变得极其危险,而无人机可以安全地直接飞进滚滚的羽状气流中,帮助研究小组更准确地测量火山气体排放。


这些无人机飞到了2000多米(6561英尺)高的玛纳姆火山喷流中,离发射台大约6公里(3.7英里)远,远远超出了飞行员的视线。


在每一次飞行中,无人机都拍摄了玛纳姆及其两个弹坑的图像,测量了上升气流正上方的气体成分,并收集了四袋额外的气体,以便飞机着陆时进行快速分析。


无人机飞越的航拍图像显示,2018年10月至2019年5月期间,马纳姆火山口南部的脱气现象加剧。事实上,这座火山很快就在六月爆发,就在研究人员第二次实地考察的一个月之后。


但是,火山喷发量的增加并不仅仅是火山喷发即将来临或可能爆发的可靠指标,因此研究人员还研究了Manam羽流中不同气体(即CO2和SO2)之间的比例。


这可以帮助探测到热岩浆上升到地表,并排出二氧化碳丰富的排放,据报道,在大爆发之前。


然而,研究人员发现,在两次野外考察中,马纳姆火山释放的气体混合物几乎是一样的。


结合无人机测量数据和卫星数据,研究人员能够证明,马纳姆火山是世界上十大最强的脱气火山之一,估计每天排放3700吨二氧化碳和大约5100吨二氧化硫,这比之前的估计要高。


研究小组还推断,马纳姆火山释放的大部分碳很可能来自上地幔,而不是来自地球较浅地壳的沉积物,这是他们通过分析气体混合物中的不同碳同位素得出的结论。


该研究小组在论文中总结说:“我们的新方法,也就是远程和高空无人机操作,使现场测量成为可能,这也是目前唯一可行的方法,通过它我们可以确定像马纳姆这样陡峭、危险和高度活跃火山的气体化学成分。”


未来的研究将需要科学家更加勤奋的工作和更长的无人机飞行时间,因为这项研究的测量跨度仅为10天。


有了足够的资金为当地科学家提供设备和培训,这项战略可以在其他地方用于监测其他危险的、无法进入的火山,例如菲律宾的马荣火山和印度尼西亚的锡纳朋火山。

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