Speciellt anpassade drönare utvecklade av ett UCL-ledd internationellt team har samlat in data från aldrig tidigare utforskade vulkaner som kommer att göra det möjligt för lokalsamhällen att bättre förutse framtida utbrott.

Den banbrytande forskningen vid vulkanen Manam i Papua Nya Guinea förbättrar forskarnas förståelse för hur vulkaner bidrar till den globala kolcykeln, nyckeln till att upprätthålla liv på jorden.

Teamets resultat, publiceras i Vetenskapens framsteg , visa för första gången hur det är möjligt att kombinera mätningar från luften, jorden och rymden för att lära dig mer om de mest otillgängliga, mycket aktiva vulkaner på planeten.

Ovanstående-projektet involverade specialister från Storbritannien, U.S., Kanada, Italien, Sverige, Tyskland, Costa Rica, Nya Zeeland och Papua Nya Guinea, som spänner över vulkanologi och flygteknik.

De skapade tillsammans lösningar på utmaningarna med att mäta gasutsläpp från aktiva vulkaner, genom att använda modifierade drönare med lång räckvidd.

Genom att kombinera in situ flygmätningar med resultat från satelliter och markbaserade fjärrsensorer, forskare kan samla in en mycket rikare datamängd än vad som tidigare varit möjligt. Detta gör det möjligt för dem att övervaka aktiva vulkaner på distans, förbättra förståelsen för hur mycket koldioxid (CO ₂ ) släpps ut av vulkaner globalt och, viktigt, varifrån detta kol kommer.

Med en diameter på 10 km, Vulkanen Manam ligger på en ö 13 km utanför fastlandets nordöstra kust, vid 1, 800m över havet.

Tidigare studier har visat att det är en av världens största utsläppare av svaveldioxid, men ingenting var känt om dess CO ₂ produktion.

Vulkanisk CO ₂ utsläpp är utmanande att mäta på grund av höga koncentrationer i bakgrundsatmosfären. Mätningar måste samlas in mycket nära aktiva ventiler och, vid farliga vulkaner som Manam, drönare är det enda sättet att få prover säkert. Ändå har man sällan försökt flyga med drönare utanför siktlinjen i vulkaniska miljöer.

Lägga till miniatyriserade gassensorer, spektrometrar och provtagningsanordningar som automatiskt utlöses för att öppna och stänga, teamet kunde flyga drönaren 2 km högt och 6 km bort för att nå Manams topp, där de fångade gasprover för att analyseras inom några timmar.

Att beräkna förhållandet mellan svavel- och koldioxidnivåer i en vulkans utsläpp är avgörande för att bestämma hur sannolikt ett utbrott är, eftersom det hjälper vulkanologer att fastställa platsen för dess magma.

Manams sista stora utbrott mellan 2004 och 2006 ödelade stora delar av ön och fördrev befolkningen på cirka 4, 000 personer till fastlandet; deras skördar förstördes och vattenförråden förorenade.

Projektledaren Dr. Emma Liu (UCL Earth Sciences) sa:"Manam har inte studerats i detalj men vi kunde se från satellitdata att det producerade kraftiga utsläpp. Resurserna hos vulkanövervakningsinstitutet i landet är små och teamet har en otrolig arbetsbelastning, men de hjälpte oss verkligen att skapa kopplingar till samhället som bor på ön Manam."

Efter fältarbetet, forskarna samlade in pengar för att köpa datorer, solpaneler och annan teknik för att göra det möjligt för lokalsamhället – som sedan dess har satt ihop en katastrofberedskapsgrupp – att kommunicera via satellit från ön, och att tillhandahålla drönaroperationsträning till personalen från Rabaul Volcanological Observatory för att hjälpa till med deras övervakningsinsatser.

Ovan var en del av Deep Carbon Observatory (DCO), en global gemenskap av forskare på en tioårig strävan efter att förstå mer om kol i jorden.

Volcanic emissions are a critical stage of the Earth's carbon cycle—the movement of carbon between land, atmosfär, 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."