Vulkanutbrott kan inte förutsägas med 100% säkerhet. Men detaljer om ett kommande utbrott kan uppskattas med hjälp av de heta och illaluktande gaserna en vulkan producerar.

Dessa gaser ger ledtrådar om tidpunkten, varaktigheten eller svårighetsgraden av kommande utbrott, vilket kan hjälpa lokala myndigheter att besluta om och när de omgivande samhällena behöver evakueras.

I genomsnitt finns det upp till 50 vulkaner som aktivt bryter ut på planeten vid varje given tidpunkt. Många av dessa vulkaner är mer benägna att spy ut heta gaser – som ånga och koldioxid – än lava. Att samla in dessa gaser är nyckeln till att förstå vulkanernas mystiska sätt, men det kan vara farligt.

Nu gör drönare det säkrare och enklare än någonsin tidigare.

Gasiga vulkaner

Under större delen av det senaste decenniet har jag besökt sådana gasfyllda vulkaner regelbundet för att fånga dem precis före, under eller efter ett utbrott.

Jag har arbetat med andra forskare och ingenjörer för att mäta vulkaniska gaser med en mängd olika enheter kopplade till drönare.

Vår senaste forskning använder drönare för att fånga upp vulkanisk koldioxid vid vulkanen Poás i Costa Rica. Vi mätte isotoper av kol i denna koldioxid och upptäckte ett mönster i hur dessa kemiska fingeravtryck förändras under olika aktivitetsstadier.

Unik kolsmink

Koldioxid finns överallt:i luften vi andas ut, i fordonsavgaser – och löst i magma. Vid vulkaner flyr den från magma till ytan genom sprickor och hydrotermiska system (som gejsrarna i Yellowstone National Park), genom att sippra genom jorden eller genom att blåsa ut i en gasplym.

Genom att ta ett prov av detta vulkaniska kol kan vi mäta det stabila kolisotopförhållandet, en unik kemisk sammansättning som återspeglar källan och vägen för CO₂ tog upp till ytan.

Varje vulkan runt om i världen producerar ett unikt utbud av dessa kolisotoper som förändras när det vulkaniska systemet förändras.

Det tog dock lång tid att samla in varje prov när forskare behövde vandra ner i en krater, vilket satte dem i riskzonen varje sekund de stannade kvar i farozonen. Med utvecklingen av lediga flygsystem (UAS, även känd som drönare), har forskare börjat skicka dessa maskiner till riskområdena.

Använda drönare

För att göra detta använde vi strömbrytare och elektronikdelar för att ansluta gassensorer till UAS:s kommunikationssystem ombord. Den vulkaniska CO₂ skulle sugas in genom en serie slangar med hjälp av en pump och sensorer som skulle skicka en signal tillbaka till piloten när vi gick in i gasplymen. Med en knapptryckning på fjärrkontrollen kunde piloten välja – från ett säkert avstånd – när och var han skulle samla gasprovet.

Vi anlände till Costa Rica i april 2019 med vår glänsande nya drönaruppställning, som vi lanserade vid kanten av vulkanen Poás och som kraschade nästan omedelbart. Tack och lov tog vårt team fram en snabb lösning för vår andra drönare – en pump och strömbrytare som hängde från drönaren i en tvättpåse. Det fungerade felfritt.

För att undvika ytterligare förluster kom vi nära kratern och flög vår församling direkt ovanför den. Senare samma dag tittade vi på de stabila isotoper av kol i våra drönarprover och i proverna vi tog från marken. Efter att vi redogjort för blandningen med den vanliga luften i drönarproverna var de två resultaten slående lika. Vår drönarenhet fungerade!

Ett mönster uppstår

När vi började sammanställa våra data med alla kolisotoper som uppmätts vid vulkanen Poás tidigare, märkte vi en trend i hur balansen mellan isotoper förändrades när vulkanen betedde sig annorlunda.

Under eruptiva faser, när Poás gjorde våta explosioner som släppte ut extra het, svavelrik gas, halkade isotoperna av kol ner till lägre värden. Samtidigt, under tystare faser när vulkanen förseglades, steg isotopbalansen till tyngre värden.

Med denna nya insikt kunde vi se tillbaka ännu längre och sy ihop våra data med isotopdata från äldre aktivitet. Vi såg att detta mönster upprepade sig, med kolisotoperna som växlade mellan tunga och lätta värden under de senaste 20 årens aktivitet vid Poás. Det var relativt höga värden när vulkanen var förseglad och det var relativt låga värden när vulkanen var öppen.

Vi har nu en ritning av vilka varningssignaler vi ska leta efter i framtida isotoper av kol som provtas vid den här vulkanen när den förbereder sig för att få utbrott.

24 augusti 2020, ~ Poas Volcano, Costa Rica #volcano #poas #CostaRica
Sänk ljudet lite! 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. + Utforska vidare

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

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.