Дроны, улавливающие углерод, станут инструментом прогнозирования извержений

Источник: Daily Mail

В будущем квадрокоптеры с дистанционным управлением могут означать, что исследователям больше не придется ползать внутрь вулканов для сбора углекислого газа.

КАЖДЫЙ РАЗ, КОГДА ФИОНА Д’Арси спускается в вулкан (на данный момент она посетила 34 вулкана), этот опыт уникален. В Исландии был такой туман, что она и ее коллеги заблудились. Кратер на Гавайях, где ее нынешний муж сделал ей предложение. Вулкан Коста-Рики, который извергся, когда она и другие находились внутри. (Они сбежали.)

Но у всех спусков есть одна общая черта: надвигающееся чувство опасности, которое возникает при нахождении в одной из самых нестабильных природных сред Земли. Это необходимый риск для ученых, пытающихся охарактеризовать извержения вулканов. «Все это время мы осознаем, что нам нужно получить наши данные и уйти, потому что все может случиться», — говорит Д'Арси, который изучает вулканическую геохимию в качестве аспиранта в Университете Макгилла. Опытные вулканологи помнят троих исследователей, погибших в 1991 году во время извержения горы Ундзэн в Японии, а также извержение Галерас в 1993 году, в результате которого шестеро попали в ловушку и погибли в кратере.

 

Вот почему Д'Арси, как и другие специалисты в этой области, хочет знать, есть ли более безопасная альтернатива залезанию в чрево зверя — может ли дрон с дистанционным управлением справиться с этой задачей так же хорошо? Да, - недавно написали она и ее команда в Журнале вулканологии и геотермальных исследований. Данные атмосферных дронов позволяют быстро и надежно измерять выбросы углекислого газа, заключают они в первой статье, доказывая, что это жизнеспособный вариант.

Чтобы протестировать этот метод, в апреле 2019 года Д’Арси запустил дроны для отбора проб в шлейфы горячего токсичного газа, исходящего из Поас, вулкана в Коста-Рике, который сильно извергся всего два года назад. Команда также отправилась в кратер, чтобы вручную измерить CO2  прямо с земли. Поход занял более четырех часов. Полет дрона занял всего несколько минут. Однако данные оказались удивительно схожими. «Будет намного проще, когда это станет нормой», — говорит Д’Арси. «Мы можем просто взять эти образцы, и никто не пойдет и не пойдет на риск».

Метод открывает возможность более частого отбора проб, что может помочь глубже понять, как концентрации газа изменяются на разных стадиях вулканической активности. Это также может привести к более точному прогнозированию извержений. В конце концов, вулканы известны своей непредсказуемостью. Конечно, иногда появляются предупреждающие знаки: свежий газ, землетрясения или подозрительное выпячивание магмы под землей. Но иногда, несмотря на эти подсказки, ничего не происходит. Или знаков нет, но взрыв все равно происходит. Это произошло в 2019 году, когда вулкан в Новой Зеландии неожиданно извергся, выбросив в воздух пепел, дым и токсичный газ и убив почти дюжину туристов. Это также произошло в 2021 году, когда гора Ньирагонго в Конго треснула, из-за чего лава просочилась в близлежащие города, оставив мало времени для эвакуации.

Большие образцы газа могут заполнить этот пробел в данных. Исследователям нужна информация, охватывающая годы и годы, особенно периоды непосредственно перед извержением и во время него. «Именно тогда это наиболее важно», — говорит Маартен де Мур, исследователь Вулканологической и сейсмологической обсерватории Коста-Рики, который является соавтором исследования. «Но всегда есть этот конфликт. Достаточно ли безопасно мне пойти и взять образец? Стоит ли получение образца подвергать свою жизнь риску?»
 

Количество выбрасываемого углекислого газа особенно важно, поскольку оно создает давление, которое может привести к извержениям. (Это все равно, что встряхивать бутылку газировки, говорит Д'Арси. Когда вы ее открываете, CO2 заставляет газировку взрываться.) Это был один из показателей, которые исследователи сравнили в Поасе. Со туристической обзорной площадки Д'Арси направил готовые квадрокоптеры, оснащенные бензонасосами, клапанами и датчиками, прямо в шлейфы вулкана. Установка дрона имитировала то, как ученые могли бы собирать CO2 вручную: при нажатии кнопки бензонасос открывался, подавая окружающий воздух через односторонний клапан в небольшой мешок для отбора проб для хранения. . Позже команда Д'Арси подключила мешок к полостному спектрометру с кольцевым диапазоном, прибору, используемому для определения газа и измерения концентрации CO2 .

Она и ее команда управляли этими дронами, стоя внутри кратера, чтобы сравнить измерения атмосферы вдалеке с измерениями ближе к источнику. Они также использовали традиционные наземные методы отбора проб для сбора CO2 непосредственно из газовых жерл вулкана.

Используя данные дронов, исследователи обнаружили концентрации на 23 процента выше обычных уровней в атмосфере. Это указывает на то, что, несмотря на то, что измерения проводились далеко от источника, образцы содержали достаточное количество вулканического CO2 чтобы они могли различить это в данных. После учета разбавления они подтвердили, что количество соответствует образцам земли, что показывает, что дроны могут работать вместо личного сбора.

Команда также измерили, какая часть CO2 состояла из углерода-13, немного более тяжелой версии элемента, который содержит 13 нейтроны вместо обычных 12. Они обнаружили, что в 2019 году в Поасе было значительно более высокое содержание углерода-13 по сравнению с данными, собранными всего за неделю до взрыва 2017 года. Это примечательно, говорит Д'Арси, поскольку предполагает, что уровень углерода-13 может истощаться незадолго до извержений и повышаться в более спокойные времена — это было бы полезно отслеживать с помощью будущих полетов дронов.

«Возможность использовать дроны для отбора проб этих газов помогает нам понять механизмы, которые могут привести к извержению, и сделать это безопасным способом», — говорит Бенджамин Джордан, вулканолог из Бригама. Молодой университет Гавайев, который не принимал участия в работе.

Однако у дронов есть свои проблемы: в Поасе команда Д'Арси потеряла троих. (Один вылетел за пределы досягаемости и перестал реагировать на сигналы, а ротор другого запутался в аппарате для отбора проб газа и совершил аварийную посадку. Третий, посланный на поиски второго, просто случайно упал с неба.) Тем не менее, оборудование относительно легко заменить, его цена составляет всего несколько тысяч долларов за штуку — дешево по исследовательским стандартам. «Цена человеческой жизни бесконечна», — говорит Джордан. «Используя дроны, вы устраняете этот риск».

Исследователи никогда не перестанут исследовать внутренности вулканов; это, несомненно, опасно, но этот опыт также не похож ни на один другой. «Это очень унизительно», — говорит де Моор, который приезжает в Поас примерно раз в месяц. «Почти духовное чувство, потому что ты на самом деле не чувствуешь себя принадлежащим этому месту, в такой враждебной среде».

Он полагает, что однажды технология вулканических дронов может напоминать что-то из научно-фантастического фильма: сложные самолетающие гаджеты, оптимизированные для того, чтобы противостоять адским условиям самых сильных извержений Земли. «И тогда, — говорит де Мур, — мы многому научимся».

Read More

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Капча загружается...