I slutet av förra månaden, en stratovulkan på Bali vid namn Mount Agung började ryka. Små jordbävningar darrade under berget. Tjänstemän har sedan dess evakuerat tusentals människor för att förhindra vad som hände när Agung bröt ut 1963, dödar fler än 1, 000 personer.

Innan vulkaner får utbrott, det finns ofta varningsskyltar. Små jordbävningar som sällan känns av människor utan avkännas av seismografer kommer från vulkanen. Plymer av vattenånga stiger upp från kratern. När vulkanen börjar släppa ut gaser som koldioxid och svaveldioxid, utbrott kan vara nära förestående.

Men att komma nära toppen av en vulkan är farligt arbete. Att använda fjärranalys för att upptäcka ökande koldioxid- och svaveldioxidutsläpp utan att äventyra människor eller utrustning skulle avsevärt öka människans förståelse för vulkaner. Fjärranalysutsläpp kan förhindra humanitära katastrofer – och falsklarm.

Mount Agung har inte brutit ut ännu (vid tidpunkten för denna artikel skrevs), men seismisk aktivitet är fortfarande intensiv. Balinesiska tjänstemän börjar undra om ett utbrott verkligen är nära förestående; människorna som evakuerades från området vill återvända till sina hem och turismen ligger nere.

Forskare inklusive vulkanologen Simon Carn från Michigan Technological University har publicerat en samling artiklar inklusive "Spaceborne detection of localized carbondioxide sources" i tidskriften Vetenskap ; artikeln beskriver den första kända mätningen av lokaliserade antropogena och naturliga koldioxidkällor från en satellit i låg omloppsbana om jorden.

De fem artiklarna i OCO-2 Science Special Collection visar upp förmågorna hos NASA:s Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) satellit; mätningar från satellitens sensorer ger insikter i hur kol binder samman allt på jorden. Forskningen stöds av NASA:s Jet Propulsion Laboratory.

Övervakning av CO2-utsläpp från rymden

Uppsatsen som Carn var medförfattare till diskuterar hur forskargruppen har tagit högupplösning, känsliga rymdburna mätningar av atmosfärisk koldioxid på kilometerskala. Dessa data avslöjar att satellitens sensorer kan lokalisera lokala koldioxidkällor i atmosfären - en svår uppgift med tanke på den stora mängden bakgrundskoldioxid i atmosfären till att börja med.

Satelliten använder spektrometri; sensorerna ombord på satelliten mäter reflekterat solljus—strålning—i högspektral upplösning med hjälp av våglängder som inte kan upptäckas för det mänskliga ögat. När ljus passerar genom koldioxid, en del absorberas av gasen. Det återstående ljuset studsar från havet och jorden. OCO-2-sensorerna mäter ljuset som studsar tillbaka för att kvantifiera vad som absorberades av koldioxid, tillåta forskare att isolera utsläppskällor, vare sig det är mänskligt eller naturligt.

"Hovedfokuset i artikeln är att upptäcka lokaliserade, punktkällasutsläpp av koldioxid i motsats till att mäta den bredskaliga koncentrationen i atmosfären, säger Carn, en docent vid institutionen för geologisk och gruvteknik och vetenskap. "Vulkaner kan vara starka, lokala koldioxidkällor. Men på global basis, alla tillgängliga bevis tyder på att mänskliga aktiviteter släpper ut mycket mer koldioxid än vulkaner."

OCO-2-satellitens rumsliga upplösning – 2,25 kilometer – är tillräckligt hög för att kemiska signaler inte ska spädas ut. Dock, medan OCO-2:s mätningar är oöverträffade, satelliten kan inte användas som ett rutinmässigt vulkanövervakningsverktyg eftersom den inte passerar över samma plats på jorden tillräckligt ofta.

"Detta är en demonstration av att tekniken fungerar, men vi behöver bättre sensorer innan det blir ett rutinmässigt övervakningsverktyg, speciellt för vulkaner där vi förväntar oss snabba förändringar i gasutsläpp, " säger Carn. "Om vi ​​kunde mäta vulkanisk koldioxid från rymden rutinmässigt, det skulle vara ett mycket kraftfullt tillägg till de tekniker vi använder. Den typen av observationer skulle vara användbar (för Agung) just nu."

Carn kammade igenom satellitdata för att hitta detekterbara rymdburna koldioxidmätningar från tre vulkaner i Stillahavsönationen Vanuatu. En av dessa, Mount Yasur, har haft utbrott sedan åtminstone 1700-talet, och på dagen för OCO-2-mätningen släppte ut koldioxid cirka 3,4 ppm över bakgrundsnivåerna i atmosfären, lika med cirka 42 kiloton utsläpp. I jämförelse, mänskliga utsläpp i genomsnitt 100, 000 kiloton om dagen.

OCO-2s sensorer mätte också koldioxidutsläpp över Los Angeles-bassängen, upptäcka en sorts koldioxid "kupol". Stadsområden står för mer än 70 procent av antropogena utsläpp.

"Naturliga processer på jorden kan för närvarande absorbera ungefär hälften av mänskliga utsläpp av fossila bränslen, säger Annmarie Eldering, OCO-2 biträdande projektforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, och huvudförfattare till en översiktsartikel i Vetenskap om tillståndet för OCO-2-vetenskapen. "Om dessa naturliga processer vacklar, sakta ner det hjälpsamma avlägsnandet av koldioxid, växthusgasinducerad uppvärmning skulle accelerera och intensifieras. Dessa data börjar ge oss en bättre bild av hur klimatet påverkar kolkretsloppet, minskar den enorma osäkerheten kring hur båda kan förändras i framtiden."

OCO-2-mätningarna över Los Angeles var tillräckligt detaljerade för att fånga skillnader i koncentrationer inom staden som härrör från lokala källor. De spårade också minskande koldioxidkoncentrationer när rymdfarkosten passerade från över den fullsatta staden till förorterna och ut till den glest befolkade öknen i norr.