Toimittajan huomautus: Tässä viikoittaisessa sarjassa LiveScience tutkii, kuinka tekniikka ajaa tieteellistä tutkimusta ja löytämistä.
Tulivuorien seuranta on kova keikka. Sinun on tiedettävä mitä tapahtuu - mutta liian lähelle pääsy on tappava ehdotus.
Onneksi tekniikka on helpottanut kuin koskaan pitämään välilehtiä magma- ja tuhkakehtivillä vuorilla ympäri maailmaa. Suuri osa tästä tekniikasta antaa tutkijoille mahdollisuuden pysyä taaksepäin (jopa seurata tulivuoria avaruudesta) samalla kun seurataan tarkkaan vulkaanista toimintaa. Jotkut näistä tekniikoista voivat jopa tunkeutua pilvikappaleiden tulivuoren huippiin, jolloin tutkijat voivat "nähdä" maaperän muutokset, jotka voivat merkitä uhkaavaa purkausta tai vaarallista laavakupin romahtamista.
"Haluat, että sinulla on useita tietolähteitä maksimoidaksesi kykysi ymmärtämään mitä tapahtuu", kertoi Ison-Britannian Readingin yliopiston ympäristöjärjestelmien tiedekeskuksen johtaja Geoff Wadge.
Hölynpölyinen työ
Tulivuorten tarkkailu oli ennen saappaiden laskemista maahan. Henkilökohtainen kenttätyö tapahtuu tietysti edelleenkin, mutta nyt tutkijoilla on käytettävissään paljon enemmän työkaluja muutosten seuraamiseen vuorokauden ympäri.
Esimerkiksi tutkijoiden piti kerätä kerrallaan joukkoja vulkaanisen kaasun tuuletusaukkoihin, vetää pullon kaasun sieppaamiseksi ja lähettää suljettu pullo laboratorioon analysoitavaksi. Tämä tekniikka oli aikaa vievää ja vaarallista, kun otetaan huomioon, että suuri joukko vulkaanisia kaasuja on tappavia. Nyt tutkijat kääntyvät paljon useammin tekniikkaan näiden likaisten töiden kohdalla. Esimerkiksi ultraviolettipektrometrit mittaavat auringonvalon ultraviolettivalon määrän, jonka vulkaaninen suihke absorboi. Tämän mittauksen avulla tutkijat voivat määrittää rikkidioksidin määrän pilvessä.
Toinen työkalu, jota on käytetty Havaijin tulivuoren observatoriossa vuodesta 2004, on Fourier-muunnospektrometri, joka toimii samalla tavalla, mutta käyttää infrapunavaloa ultravioletin sijasta. Ja yksi observatorion uusimmista temppuista yhdistää ultraviolettipektrometrian digitaaliseen valokuvaukseen käyttämällä kameroita, jotka voivat tallentaa useita kaasumittauksia minuutissa minuutissa. Kaikki tämä kaasutieto auttaa tutkijoita selvittämään, kuinka paljon magmaa on tulivuoren alla ja mitä tuo magma tekee.
Liikkeen mittaus
Muut korkean teknologian tekniikat seuraavat tulivuoren laukaisemaa maan liikettä. Maaperän muodonmuutos tulivuoren ympärillä voi ilmoittaa lähestyvästä purkauksesta, samoin kuin maanjäristykset. Havaijin tulivuoren observatoriossa on yli 60 GPS-anturia, jotka seuraavat liikettä valtion aktiivisilla tulivuoren kohteilla. Nämä GPS-anturit eivät ole paljon erilaisia kuin auton navigointijärjestelmässä tai puhelimessa, mutta ne ovat herkempiä.
Tiltometrit, jotka ovat täsmälleen miltä kuulostavat, mittaavat, kuinka maa kallistuu tulivuoren alueella. Toinen merkkivalo osoittaa, että jokin saattaa sekoittaa maan alla.
Silmällä pitäminen taivaalla on kätevä seurata myös tulivuorenmuutoksia. Satelliittikuvat voivat paljastaa jopa minuutin korkeuden muutokset maassa. Yksi suosittu tekniikka, nimeltään interferometrinen synteettinen aukotutka (tai InSAR), sisältää kaksi tai useampia satelliittikuvia, jotka on otettu samasta kohdasta kiertoradalla eri aikoina. Muutokset siinä, kuinka nopeasti satelliitin tutkasignaali palautuu takaisin avaruuteen, paljastavat hienoiset muodonmuutokset maan pinnassa. Tietoja käyttämällä tutkijat voivat luoda karttoja, jotka osoittavat maanmuutokset senttimetriin saakka.
Satelliitit kulkevat vain tulivuorten yli niin usein, mutta rajoittavat näkymiä parhaimmillaan 10 päivään, Wadge kertoi LiveSciencelle. Korvauksen kompensoimiseksi tutkijat ottavat nyt käyttöön maanpäällisen tutkan, joka on samanlainen kuin sääntarkasteluun käytetty tutka, seuratakseen tulivuoren toimintaa. Wadge ja hänen kollegansa ovat kehittäneet yhden työkalun, jota kutsutaan ympäröivän tulivuoren topografiakuvion anturiksi (ATVIS), joka käyttää vain millimetritaajuuksia aaltoja tunkeutuakseen pilviin, jotka usein peittävät tulivuoren huiput näkymästä. ATVIS-tekniikan avulla tutkijat voivat "seurata" laavakupojen tai vähitellen kasvavien turpoamisten muodostumista tulivuorilla.
"Laavan kupolit ovat erittäin vaarallisia, koska ne kaatavat tämän erittäin viskoosin laavan suureen kasaan ja lopulta se romahtaa. Kun se tehdään, se tuottaa pyroclastista virtausta", Wadge sanoi.
Pyroclastinen virtaus on tappava, nopeasti kulkeva kuuman kivin ja kaasun joki, joka voi tappaa tuhansia minuutteina.
Wadge ja hänen kollegansa testaavat ATVIS-järjestelmää vulkaanisesti aktiivisella Länsi-Intian saarella Montserratissa. Vuodesta 1995 saaren Soufriere Hills-tulivuori on purskaantunut ajoittain.
Tutkamittaukset voivat myös seurata sulan laavan virtauksia avaruudesta, Wadge sanoi. Vaikka satelliittikanavia voi tapahtua vain muutaman päivän välein, tutka-instrumentit voivat osoittaa sijainnit muutamiin jalkoihin (1-2 metriin). Wadge sanoi, että hitaasti liikkuvan laavavirtauksen avaruudesta otettujen kuvien yhdistäminen voi paljastaa "elokuvan tyylisen" jakson siitä, kuinka virtaus etenee.
Huipputeknologia
Yhä useammin tutkijat kääntyvät miehittämättömien droonien puolelle höyrystyäkseen tulivuoren läheisyyteen pitäen samalla ihmiset vahingoittumattomissa. Maaliskuussa 2013 NASA lensi 10 kauko-ohjattavaa miehittämätöntä drone-operaatiota Costa Rican Turrialban tulivuoren pilaan. 5 kiloisen (2,2 kilogramman) droneissa oli videokameroita, jotka filmittivat sekä näkyvässä että infrapunavalossa, rikkidioksidianturit, hiukkasanturit ja ilmanäytteenottopullot. Tavoitteena on käyttää plummin tietoja parantamaan tietokoneen ennusteita vulkaanisista vaaroista, kuten "vog" tai myrkyllisestä tulivuoresta.
Toisinaan tekniikka voi jopa tarttua purkaukseen, jota kukaan ei olisi huomannut muuten. Toukokuussa Alaskan etäinen Cleveland-tulivuori räjäytti huipunsa. Tulivuori on Aleutian saarilla, niin kaukana, ettei räjähdysten seurantaa ole seismisissä verkoissa. Mutta purkaukset voivat häiritä lentomatkoja, joten on erittäin tärkeää, että tutkijat tietävät, milloin räjähdys tapahtuu. Kiireisen Clevelandin tulivuoren tarkkailemiseksi Alaskan tulivuoren observatorion tutkijat käyttävät infrapunasäteilyä havaitakseen matalataajuiset jyrinäytykset ihmisen kuulon alueella. Tämän tekniikan avulla 4. toukokuuta tutkijat pystyivät havaitsemaan kolme räjähdystä levottomasta tulivuoresta.
Eräässä toisessa tulivuoren etätunnistuksessa elokuussa 2012 Uuden-Seelannin kuninkaallisen laivaston alus ilmoitti kelluvasta saksasta, jonka pituus oli 300 mailia (482 km) Etelä-Tyynellämerellä. Pimssan alkuperä olisi todennäköisesti pysynyt salaisuutena, mutta Denisonin yliopiston vulkanologi Erik Klemetti ja NASA-visualisoija Robert Simmon kävivät lähteen takana. Kaksi tutkijaa etsivät kuukausien mittaisia satelliittikuvia NASA: n Terra- ja Aqua-satelliiteilta ja löysivät ensimmäisen vihjeen purkaukselle: tuhkaharmaa vesi ja tulivuoren pilari vedenalaisessa tulivuoressa, nimeltään Havren rannikko 19. heinäkuuta 2012.
"Jos et tiennyt mistä etsiä, olisit unohtanut sen", Klemetti kertoi LiveSciencelle. Satelliittikuvien ja muiden teknologisten edistysaskelten ansiosta vulkanologit ovat voineet havaita enemmän purkauksia kuin koskaan ennen, hän sanoi.
"Palaa takaisin 25 vuotta sitten, ja siellä on paljon paikkoja, joista meillä ei olisi ollut aavistustakaan purkauksen tapahtumisesta", Klemetti sanoi.
