Примітка редактора: У цій тижневій серії LiveScience досліджує, як технологія сприяє науковому дослідженню та відкриттю.
Моніторинг вулканів - це важкий концерт. Ви мусите знати, що відбувається - але занадто близьке - це смертельна пропозиція.
На щастя, технології зробили легше, ніж будь-коли, вести вкладки на гори, що витягують магму та попіл по всьому світу. Значна частина цієї технології дозволяє дослідникам тримати шлях назад (навіть спостерігаючи за вулканами з космосу), при цьому пильно стежать за вулканічною активністю. Деякі з цих технологій можуть навіть проникати у верхівки вулканів, покритих хмарою, дозволяючи дослідникам "бачити" зміни ґрунту, які могли б сигналізувати про неминуче виверження або небезпечному обваленні купола лави.
"Вам подобається мати декілька джерел інформації, щоб максимально зрозуміти, що відбувається", - сказав Джефф Уадж, директор Наукового центру екологічних систем Університету Редінга у Великобританії.
Газова робота
Моніторинг вулканів був справою отримання чобіт на землю. Особиста робота на місцях все ще відбувається сьогодні, звичайно, але зараз вчені мають набагато більше інструментів для відстеження змін цілодобово.
Наприклад, дослідникам свого часу довелося перейти на вулканічні вентиляційні отвори, витягнути пляшку для захоплення газу, а потім відправити запечатану пляшку в лабораторію на аналіз. Ця техніка була трудомісткою і небезпечною, враховуючи, що велика кількість вулканічних газів є смертельними. Зараз вчені набагато частіше звертаються до технологій цих брудних робіт. Наприклад, ультрафіолетові спектрометри вимірюють кількість ультрафіолетового світла від сонячного світла, поглиненого вулканічним шлейфом. Це вимірювання дозволяє дослідникам визначити кількість діоксиду сірки в хмарі.
Іншим інструментом, який використовується в Гавайській обсерваторії вулканів з 2004 року, є спектрометр перетворення Фур'є, який працює аналогічно, але замість ультрафіолету використовує інфрачервоне світло. І один з найновіших прийомів обсерваторії поєднує ультрафіолетову спектрометрію з цифровою фотографією, використовуючи камери, які можуть фіксувати кілька вимірювань газу в хвилину в полі. Вся ця інформація про газ допомагає дослідникам з'ясувати, скільки магми знаходиться під вулканом і що ця магма робить.
Вимірювальний рух
Інші високотехнологічні методи відстежують рух наземних вулканів. Деформація землі навколо вулкана може сигналізувати про майбутнє виверження, як і землетруси. Гавайська обсерваторія вулканів має понад 60 датчиків глобальної системи позиціонування (GPS), що відстежують рух на діючих вулканічних ділянках держави. Ці датчики GPS мало чим відрізняються від навігаційної системи вашого автомобіля чи телефону, але вони більш чутливі.
Тильдометри, які саме так звучать, вимірюють те, як земля нахиляється в вулканічній зоні, ще одна сигнальна ознака того, що щось може ворушитися під землею.
Око в небі також зручно для відстеження вулканічних змін. Супутникові знімки дозволяють виявити навіть хвилинні зміни висоти на землі. Одна популярна методика, яка називається інтерферометричним радаром синтетичної діафрагми (або InSAR), включає два або більше супутникових знімків, знятих з одного місця на орбіті в різний час. Зміни в тому, як швидко радіолокаційний сигнал супутника відскакує назад у космос, виявляють тонкі деформації на поверхні Землі. Використовуючи ці дані, вчені можуть створити карти, що показують зміни землі до сантиметра.
Супутники так часто проходять над вулканами, однак, обмежуючи кращі погляди кожні 10 днів, розповів Уедж LiveScience. Щоб отримати компенсацію, зараз дослідники розгортають наземний радар, подібний до радіолокатора, який використовується для відстеження погоди, щоб стежити за вулканічною активністю. Уедж та його колеги розробили один інструмент, названий датчиком уявлення про погоду вулкана (ATVIS), який використовує хвилі з частотою лише міліметри, щоб проникнути в хмари, які часто оповивають вулканічні піки від погляду. За допомогою ATVIS вчені можуть "спостерігати" за формуванням лавових куполів або поступово наростаючих набряків на вулканах.
"Куполи лави дуже небезпечні, оскільки вони виливають цю високов'язкую лаву у велику купу і з часом вона руйнується. Тим самим вона створює пірокластичний потік", - сказав Уодж.
Пірокластичний потік - смертоносна, швидкоплинна річка з гарячої скелі та газу, яка може вбити тисячі за хвилини.
Уедж та його колеги випробовують ATVIS на вулканічно активному острові Західної Індії Монсеррат. З 1995 року на острові періодично вибухає вулкан Суфрієр-Хіллз на острові.
Радарні вимірювання також можуть відстежувати потоки розплавленої лави з космосу, сказав Уедж. Хоча супутникові проходи можуть траплятися лише кожні кілька днів, радіолокаційні прилади можуть визначати місця до кількох футів (1 - 2 метри). Поєднавши зображення, зняті з простору повільно потоку лави, можна виявити послідовність "фільму", як протікає потік, сказав Уедж.
Найсучасніші технології
Все частіше вчені звертаються до безпілотних дронів, щоб пролетіти близько до вулкану, не даючи людям уникати шкоди. У березні 2013 р. НАСА здійснила 10 пультів, керованих безпілотними безпілотними місіями, в шум вулкана Коста-Ріки Туріалба. 5-фунтові (2,2 кілограми) безпілотники проводили відеокамери, які знімали як на видиме, так і на інфрачервоне світло, датчики діоксиду сірки, датчики частинок та пляшки для відбору повітря. Метою є використання даних із шлейфу для поліпшення комп’ютерних прогнозів вулканічних небезпек, таких як "вог" або токсичний вулканічний смог.
Інколи технології навіть можуть вивергти виверження, інакше ніхто не помітив би. У травні віддалений вулкан Клівленда на Алясці підірвав його вершину. Вулкан знаходиться на Алеутських островах, настільки віддалений, що немає сейсмічної мережі для моніторингу вибухів. Але виверження може порушити авіапереліт, тому важливо, щоб дослідники знали, коли відбувається вибух. Для спостереження за напруженим вулканом Клівленд вчені з обсерваторії вулканів Аляски використовують інфразвук для виявлення низькочастотних гуркотів нижче діапазону слуху людини. 4 травня ця методика дозволила вченим виявити три вибухи з неспокійного вулкана.
В іншому випадку віддаленого виявлення вулкана в серпні 2012 року корабель в Королівському флоті Нової Зеландії повідомив про плаваючий острів пемзи довжиною 482 км в Південному Тихому океані. Походження пемзи, ймовірно, залишилося б таємницею, але вулканолог Ерік Клеметті з Університету Денісона та візуалізатор NASA Роберт Сіммон пішли на прогулянку за джерелом. Двоє вчених шукали місяці супутникових знімків із супутників Terra та Aqua НАСА та виявили перший натяк на виверження: попелясто-сіру воду та вулканічний шлейф на підводному вулкані під назвою Гаврський приморський 19 липня 2012 року.
"Якби ви не знали, де шукати, ви б пропустили це", - сказав Клеметті для LiveScience. Супутникові знімки, поряд з іншими технологічними досягненнями, дозволили вулканологам виявити більше вивержень, ніж будь-коли раніше, сказав він.
"Поверніться назад 25 років тому, є багато місць, де ми б не мали поняття, що виверження відбулося", - сказав Клеметті.
