Vulkanen hebben millennia lang mensen aan de kant gehouden en hele steden verlaten met de vernietiging van hun verwoestende uitbarstingen. Maar in vergelijking met andere vormen van natuurrampen, bieden vulkanen eigenlijk een aantal stille aanwijzingen die leiden tot hun vernietiging. Dankzij nieuwe ontwikkelingen in vulkaanmonitoringsystemen kunnen wetenschappers nu sneller dan ooit tevoren uitbarsten, voorspellen en plannen voor uitbarstingen.
gerelateerde inhoud
- Hoe aardbevingen en vulkanen het kloppende hart van de planeet onthullen
"We kunnen nu echt precieze instrumenten op vulkanen plaatsen om de soorten gassen te controleren die worden uitgestoten, en dat geeft ons een idee waar magma in het systeem zit", zegt Marie Edmonds, een vulkanoloog aan de Universiteit van Cambridge die werkt al ongeveer 15 jaar tussen rokende vulkanen. "We kunnen trends zien in de gegevens met betrekking tot uitbarstingen die op het punt staan te gebeuren."
Edmonds maakt deel uit van een internationale groep genaamd de Deep Carbon Observatory die werkt om nieuw ontwikkelde gassensoren op 15 van de 150 meest actieve vulkanen op aarde te plaatsen tegen 2019, om hun capaciteit te verbeteren om verschillende soorten uitbarstingen wereldwijd te voorspellen. Vorige week bracht het Deep Carbon Observatorium een interactieve visualisatie uit, gedeeltelijk ondersteund door het Global Volcanism Program van het Smithsonian Institution, waarmee het publiek visualisaties van historische vulkanische gegevens in de loop van de tijd kan zien evolueren.
De visualisatie laat kijkers ook volgen als nieuwe sensoren worden ingezet. Deze sensoren meten continu kooldioxide, zwaveldioxide en waterdamp rokend uit vulkanen en worden in grote dozen geplaatst en ondergronds begraven met antennes op het oppervlak. In de afgelopen jaren hebben ontwikkelingen in de elektronica ze nauwkeuriger en betaalbaarder gemaakt, waardoor wetenschappers ze vaker over de hele wereld kunnen gebruiken.
Maar het plaatsen van deze sensoren op actieve vulkanen is niet zonder risico. Onderzoekers moeten reflecterende pakken dragen om hun huid tegen overmatige hitte te beschermen, en gasmaskers om te voorkomen dat hun longen door corrosieve gassen worden gezongen - soms na lange afstanden wandelen door afgelegen gebieden om een locatie te bereiken. Maar Edmond zegt dat het potentieel goed dat dergelijk werk kan doen voor risicopopulaties de gevaarlijkere delen van het werk de moeite waard maakt.
"Het is geweldig om te weten dat je iets doet om mensen daadwerkelijk te helpen", zegt Edmonds. "Je denkt wel na over wat je doet omdat het soms gevaarlijk is, maar ik geniet er echt van."
Vulkanoloog Tobias Fischer van de Universiteit van New Mexico wandelt langs de steile kraterwand van de krachtig ontgassende Gareloi-vulkaan op de westelijke Aleutiaanse eilanden om een monster van vulkanisch gas te verzamelen. (Taryn Lopez, Fairbanks van de Universiteit van Alaska) In de afgelopen maand hebben onderzoekers van het team van Edmonds een van hun sensoren op een drone bevestigd en de emissies van een afgelegen vulkaan in Papau Nieuw-Guinea gedurende een korte periode gemeten, wat een andere recent ontwikkelde techniek aantoont die wordt gebruikt om momentopnamen van vulkanische activiteit te verzamelen. Wanneer ze worden verzameld over verschillende soorten vulkanen, helpen deze snapshots wetenschappers de complexiteit van de activiteiten die tot een uitbarsting leiden beter te begrijpen. (Wat drones niet kunnen doen, is echter metingen op lange termijn doen.)
Gassensoren helpen bij het voorspellen van uitbarstingen omdat, terwijl magma stijgt, de daaruit voortvloeiende afgifte van druk boven het hoofd ontkurkt gassen opgelost in het magma. Koolstofdioxide golft relatief vroeg uit en, terwijl magma hoger glijdt, begint zwaveldioxide uit te dampen. Onderzoekers gebruiken de verhouding van deze twee gassen om te bepalen hoe dicht het magma bij het aardoppervlak komt en hoe dreigend een uitbarsting kan zijn.
Terwijl magma opkomt, duwt het ook door rots in de korst en veroorzaakt het kleine aardbevingen die meestal niet door mensen hierboven worden gevoeld, maar waarneembaar met gevoelige seismische apparatuur. Het team van Edmonds koppelt vaak gassensoren aan seismische stations en gebruikt de gegevens achter elkaar om vulkanen te bestuderen
Robin Matoza, een onderzoeker aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, die niet betrokken is bij het onderzoek van Edmond, is het ermee eens dat de technologische vooruitgang van de afgelopen jaren het vermogen van onderzoekers om de innerlijke werking van vulkanen te begrijpen en het gedrag dat tot uitbarstingen leidt, drastisch heeft verbeterd. Op plaatsen waar zijn team ooit slechts enkele seismische stations had, kunnen ze nu 10 of meer hebben geïnstalleerd vanwege de kleinere omvang en toenemende betaalbaarheid van de technologie. De mogelijkheid om de verzamelde gegevens te berekenen is de afgelopen jaren ook verbeterd, zegt Matoza.
"Nu kunnen we gemakkelijk jaren aan seismische gegevens opslaan op slechts een kleine flashdrive", zegt Matoza, die seismische signalen bestudeert die vrijkomen door vulkanen voorafgaand aan uitbarstingen. "Dus we kunnen gemakkelijk die grote gegevens opvragen en meer leren over de processen die erin zitten."
Onderzoekers in het team van Marie Edmond bereiden zich voor op het landen van hun drone na een vlucht door de gaspluim van de Ulawun-vulkaan, in Papau Nieuw-Guinea. Tijdens de vlucht, gemeten instrumenten op de drone gemeten gasverhoudingen in de gaspluim. (Kila Mulina, Rabaul Volcano Observatory, Papoea-Nieuw-Guinea) Om gas en seismische informatie op grotere schaal aan te vullen, gebruiken onderzoekers satellieten om uitbarstingen van bovenaf te bestuderen. Vulkanologen van het Alaska Volcano Observatory in Anchorage en Fairbanks verzamelen deze reeks gas-, seismische en satellietgegevens regelmatig om ongeveer 25 vulkanen in de hele staat te controleren en bewoners vroegtijdig te waarschuwen.
Ze gaven bijvoorbeeld een reeks waarschuwingen vrij in de maanden voorafgaand aan de uitbarsting van Mount Redbout in 2009, ongeveer 180 kilometer ten zuidwesten van Anchorage. Ze werken ook nauw samen met de Federal Aviation Administration om luchtvaartrisico's tijdens uitbarstingen te helpen opsporen.
Na verloop van tijd zijn de onderzoekers het erover eens dat satellieten steeds bruikbaarder zullen worden bij het verzamelen van gegevens over grote regio's. Maar op dit moment zijn satellieten minder nauwkeurig en niet zo betrouwbaar als de andere tools, deels omdat ze niet zo snel gegevens verzamelen en niet goed werken tijdens bewolkt weer.
"Je kunt een satelliet passeren over een vulkaan en deze kan worden verduisterd door wolken", zegt Matt Haney, een vulkanoloog bij het Alaska Volcano Observatory. "Ik stel me voor dat er in de toekomst nieuwe satellieten worden gelanceerd die nog krachtiger zijn."
Ondanks de uitdagingen van dit werk, zegt Edmonds dat het gemakkelijker kan zijn om vulkaanuitbarstingen te voorspellen dan sommige andere gevaren vanwege de reeks waarschuwingssignalen voorafgaand aan uitbarstingen in vergelijking met bepaalde aardbevingen en andere abrupte rampen. En hoewel de onderzoekers misschien niet precies op de dag of het uur kunnen voorspellen dat er een uitbarsting zal optreden, beweegt de snel voortschrijdende technologie hen in die richting.
"Hoe meer instrumenten en hoe meer sensoren alleen maar bijdragen aan onze toolbox", zegt Edmonds. "We zijn een stap dichterbij."
