Redaktørens note: I denne ugentlige serie udforsker LiveScience, hvordan teknologi driver videnskabelig efterforskning og opdagelse.
Overvågning af vulkaner er en hård koncert. Du er nødt til at vide, hvad der foregår - men at komme for tæt er et dødbringende forslag.
Heldigvis har teknologi gjort det lettere end nogensinde at holde oversigt over magma- og askeudspydende bjerge over hele kloden. Meget af denne teknologi gør det muligt for forskere at holde vej tilbage (endda se vulkaner fra rummet) og samtidig holde øje med vulkanaktiviteten. Nogle af disse teknologier kan endda trænge igennem sky-skårede vulkantopper, så forskere kan "se" jordændringer, der kunne signalere et forestående udbrud eller farligt lavakuppel.
"Du kan godt lide at have flere informationskilder for at maksimere din evne til at forstå, hvad der foregår," sagde Geoff Wadge, direktøren for Environmental Systems Science Center ved University of Reading i Storbritannien.
Et gassy job
Overvågning af vulkaner var tidligere et spørgsmål om at få støvler på jorden. Personligt feltarbejde sker selvfølgelig stadig i dag, men nu har forskere langt flere værktøjer til deres rådighed til at spore ændringer døgnet rundt.
For eksempel var forskere på et tidspunkt nødt til at troppe til vulkaniske gasåbninger, trække en flaske ud for at fange gas og derefter sende den forseglede flaske til et laboratorium for analyse. Denne teknik var tidskrævende og farlig, i betragtning af at et stort antal vulkanske gasser er dødbringende. Nu vender forskere meget oftere til teknologi til disse beskidte job. Ultraviolette spektrometre måler for eksempel mængden af ultraviolet lys fra sollys, der er absorberet af en vulkansk røg. Denne måling giver forskere mulighed for at bestemme mængden af svovldioxid i skyen.
Et andet værktøj, der er brugt på Hawaiian Volcano Observatory siden 2004, er Fourier-transformationsspektrometret, der fungerer på samme måde, men bruger infrarødt lys i stedet for ultraviolet. Og et af observatoriets nyeste tricks kombinerer ultraviolet spektrometri med digital fotografering ved hjælp af kameraer, der kan fange flere gasmålinger i minuttet i marken. Al denne gasinformation hjælper forskere med at finde ud af, hvor meget magma der er under vulkanen, og hvad den magma laver.
Måling af bevægelse
Andre højteknologiske teknikker sporer vulkanudløst jordbevægelse. Deformationen af jorden omkring en vulkan kan signalere et forestående udbrud, ligesom jordskælv kan. Hawaiian Volcano Observatory har mere end 60 GPS-sensorer (Global Positioning System), der sporer bevægelse på statens aktive vulkansteder. Disse GPS-sensorer er ikke meget forskellige fra dem i din bils navigationssystem eller på din telefon, men de er mere følsomme.
Tiltometre, som er nøjagtigt, hvordan de lyder, måler, hvordan jorden vipper i et vulkansk område, et andet tegn på, at der måske rører noget under jorden.
At have øje med himlen er også praktisk til at spore vulkanændringer. Satellitbilleder kan afsløre jævnlige ændringer i højden på jorden. En populær teknik, kaldet interferometrisk syntetisk åbningsradar (eller InSAR), involverer to eller flere satellitbilleder taget fra samme sted i kredsløb på forskellige tidspunkter. Ændringer i hvor hurtigt satellitens radarsignal springer tilbage i rummet afslører subtile deformationer i jordoverfladen. Ved hjælp af disse data kan forskere oprette kort, der viser jordændringer ned til centimeteren.
Satellitter passerer kun vulkaner så ofte, men begrænser udsigten til hver 10. dag i bedste fald, fortalte Wadge LiveScience. For at kompensere implementerer forskere nu jordbaseret radar, svarende til den radar, der bruges til at spore vejr, for at holde øje med vulkansk aktivitet. Wadge og hans kolleger har udviklet et værktøj, kaldet den fulde vejr vulkan topografi forestillingssensor (ATVIS), der bruger bølger med frekvenser på kun millimeter til at trænge ind i skyerne, der ofte hyler vulkanske toppe fra synet. Med ATVIS kan forskerne "se" dannelsen af lavakuppler eller gradvist voksende hævelser på vulkaner.
"Lavakuppler er meget farlige, fordi de hælder denne meget viskøse lava ud i en stor bunke, og til sidst kollapser den. På den måde producerer den pyroklastisk strømning," sagde Wadge.
Pyroklastisk strøm er en dødbringende, hurtigt bevægende flod af varm sten og gas, der kan dræbe tusinder på få minutter.
Wadge og hans kolleger tester ATVIS på den vulkansk aktive ø i Montserrat i Vestindien. Siden 1995 har Soufriere Hills-vulkanen på øen periodisk været ved at bryde ud.
Radarmålinger kan også spore strømme af smeltet lava fra rummet, sagde Wadge. Selvom satellitpassager kun kan forekomme nogle få dage, kan radarinstrumenter pege placeringer ned til et par fod (1 til 2 meter). At sammensætte billeder taget fra rummet i en langsomt flydende lavastrøm kan afsløre en "filmstil" -sekvens for, hvordan strømmen skrider frem, sagde Wadge.
Avanceret tech
I stigende grad henvender forskere sig til ubemandede droner for at svøbe tæt på en vulkan, mens de holder mennesker ude af skade. I marts 2013 fløj NASA 10 fjernstyrede ubemandede dronemissioner ind i ryggen på Costa Ricas vulkan Turrialba. 5-pund (2,2 kilogram) droner havde videokameraer, der optog både synligt og infrarødt lys, svovldioxid-sensorer, partikelsensorer og luftprøvetagningsflasker. Målet er at bruge data fra plymen til at forbedre computerforudsigelser om vulkanske farer såsom "vog" eller giftig vulkansk røg.
Lejlighedsvis kan teknologi endda fange et udbrud, som ingen ellers ville have bemærket. I maj sprang Alaskas fjerntliggende vulkan fra Cleveland på toppen. Vulkanen er på Aleutian Islands, så fjern, at der ikke er nogen seismisk netværksovervågning for eksplosioner. Men udbrud kan forstyrre flyrejser, så det er vigtigt, at forskere ved, hvornår en eksplosion opstår. For at overvåge den travle Cleveland-vulkan bruger videnskabsmænd ved Alaska Volcano Observatory infrasound til at opdage lavfrekvente rumblings under området for menneskelig hørelse. Den 4. maj gjorde denne teknik forskerne i stand til at registrere tre sprængninger fra den rastløse vulkan.
I et andet tilfælde af detektion af fjernvulkan, rapporterede et skib i New Zealands Royal Navy i august 2012 en flydende ø med pimpsten, som var 482 km lang i det sydlige Stillehav. Pimpstenes oprindelse ville sandsynligvis forblive et mysterium, men vulkanolog Erik Klemetti fra Denison University og NASA-visualiserer Robert Simmon gik ud for kilden. De to videnskabsmænd søgte måneder med satellitfotos fra NASAs Terra- og Aqua-satellitter og fandt det første antydning af et udbrud: aske-gråt vand og en vulkansk drum ved en undervands vulkan kaldet Havre Seamount den 19. juli 2012.
"Hvis du ikke vidste, hvor du skulle se, ville du have savnet det," fortalte Klemetti til LiveScience. Satellitbilleder sammen med andre teknologiske fremskridt har gjort det muligt for vulkanologer at opdage flere udbrud end nogensinde før, sagde han.
”Gå tilbage for 25 år siden, der er masser af steder, hvor vi ikke ville have haft nogen anelse om, at der opstod et udbrud,” sagde Klemetti.
