Дроны, улавливающие углерод, станут инструментом прогнозирования извержений
Источник: Daily Mail
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.
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.
«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».