يمكننا استخدام الطائرات بدون طيار للدخول ومعرفة المزيد عن البراكين الغازية النشطة

لا يمكن التنبؤ بالانفجارات البركانية بنسبة 100 في المائة من اليقين. ومع ذلك ، يمكن تقدير تفاصيل انفجار قادم باستخدام الغازات الساخنة ذات الرائحة الكريهة التي ينتجها البركان.

توفر هذه الغازات أدلة حول توقيت أو مدة أو شدة الانفجارات القادمة والتي يمكن أن تساعد السلطات المحلية في تحديد ما إذا كانت المجتمعات المحيطة بحاجة إلى الإخلاء ومتى.

في المتوسط ​​، هناك ما يصل إلى 50 بركانًا ينفجر بنشاط على هذا الكوكب في أي وقت. من المرجح أن تنفث العديد من هذه البراكين غازات ساخنة – مثل البخار وثاني أكسيد الكربون – أكثر من الحمم البركانية. يعد تجميع هذه الغازات أمرًا أساسيًا لفهم الطرق الغامضة للبراكين ، ولكنها قد تكون خطيرة.

الآن ، تجعل الطائرات بدون طيار الأمر أكثر أمانًا وأسهل من أي وقت مضى.

البراكين الغازية

خلال الجزء الأفضل من العقد الماضي ، كنت أزور مثل هذه البراكين الغازية بانتظام لالتقاطها قبل أو أثناء أو بعد الانفجار.

لقد عملت مع علماء ومهندسين آخرين لقياس الغازات البركانية باستخدام مجموعة متنوعة من الأجهزة المتصلة بالطائرات بدون طيار.

تستخدم أحدث أبحاثنا الطائرات بدون طيار لالتقاط ثاني أكسيد الكربون البركاني في بركان بوا في كوستاريكا. قمنا بقياس نظائر الكربون في ثاني أكسيد الكربون واكتشفنا نمطًا بالطريقة التي تتغير بها بصمات الأصابع الكيميائية خلال مراحل مختلفة من النشاط.

مكياج كربوني فريد

يوجد ثاني أكسيد الكربون في كل مكان: في الهواء الذي نخرجه ، وفي عادم المركبات – ونذوب في الصهارة. في البراكين ، يهرب من الصهارة إلى السطح من خلال الشقوق والأنظمة الحرارية المائية (مثل السخانات في منتزه يلوستون الوطني) ، عن طريق التسرب عبر التربة أو عن طريق النفخ في عمود من الغاز.

من خلال الحصول على عينة من هذا الكربون البركاني ، يمكننا قياس نسبة نظائر الكربون المستقرة ، وهي تركيبة كيميائية فريدة تعكس المصدر والمسار الذي سلكه ثاني أكسيد الكربون إلى السطح.

ينتج كل بركان حول العالم مجموعة فريدة من نظائر الكربون هذه والتي تتغير عندما يتغير النظام البركاني.

ومع ذلك ، فقد استغرق الأمر وقتًا طويلاً لجمع كل عينة عندما احتاج الباحثون إلى التنزه في فوهة البركان ، مما يعرضهم للخطر في كل ثانية يبقون فيها في منطقة الخطر. مع تطور الأنظمة الجوية غير المأهولة (UAS ، والمعروفة أيضًا باسم الطائرات بدون طيار) ، بدأ الباحثون في إرسال هذه الآلات إلى مناطق الخطر.

استخدام طائرات بدون طيار

للقيام بذلك ، استخدمنا مفاتيح وأجزاء إلكترونية لتوصيل مستشعرات الغاز بأنظمة الاتصالات الموجودة على متن الطائرات بدون طيار. سيتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون البركاني من خلال سلسلة من الأنابيب بمساعدة مضخة وأجهزة استشعار ترسل إشارة إلى الطيار عندما دخلنا عمود الغاز. بضغطة زر على جهاز التحكم عن بعد ، يمكن للطيار أن يختار – من مسافة آمنة – متى وأين يجمع عينة الغاز.

وصلنا إلى كوستاريكا في أبريل 2019 بتركيبتنا الجديدة اللامعة للطائرات بدون طيار ، والتي أطلقناها على حافة بركان Poás والتي تحطمت على الفور تقريبًا. لحسن الحظ ، توصل فريقنا إلى حل سريع للطائرة الثانية بدون طيار – مضخة ومفتاح معلق من الطائرة بدون طيار في كيس غسيل. عملت بشكل لا تشوبه شائبة.

لتجنب المزيد من الخسائر ، اقتربنا من الحفرة وقمنا بتجميع مجموعتنا فوقها مباشرة. في وقت لاحق من ذلك اليوم ، نظرنا إلى النظائر المستقرة للكربون في عينات الطائرات بدون طيار وفي العينات التي أخذناها من الأرض. بعد أن أخذنا في الحسبان الاختلاط بالهواء العادي في عينات الطائرات بدون طيار ، كانت النتائج متشابهة بشكل لافت للنظر. عملت الجمعية بدون طيار لدينا!

يظهر نمط

عندما بدأنا في تجميع بياناتنا باستخدام جميع نظائر الكربون التي تم قياسها في بركان Poás في الماضي ، لاحظنا وجود اتجاه في كيفية تحول توازن النظائر عندما كان البركان يتصرف بشكل مختلف.

خلال المراحل البركانية ، عندما كان Poás يقوم بانفجارات رطبة تطلق غازًا شديد السخونة وغنيًا بالكبريت ، تراجعت نظائر الكربون إلى قيم أخف. في هذه الأثناء ، خلال المراحل الأكثر هدوءًا عندما تم إغلاق البركان ، ارتفع التوازن النظيري إلى قيم أثقل.

من خلال هذه الرؤية الجديدة ، يمكننا أن ننظر إلى الوراء إلى أبعد من ذلك ونجمع بياناتنا معًا مع بيانات النظائر المأخوذة من نشاط أقدم. لقد رأينا أن هذا النمط كان يعيد نفسه ، مع تناوب نظائر الكربون بين قيم ثقيلة وخفيفة على مدار العشرين عامًا الماضية من النشاط في Poás. كانت هناك قيم ثقيلة نسبيًا عندما تم إغلاق البركان وكانت هناك قيم خفيفة نسبيًا عندما كان البركان مفتوحًا.

لدينا الآن مخطط لإشارات التحذير التي يجب البحث عنها في نظائر الكربون المستقبلية التي تم أخذ عينات منها في هذا البركان عندما يستعد للانفجار.

بحث مستقبلي

بفضل الطائرات بدون طيار ، استطعنا التقاط أول ثاني أكسيد الكربون من بركان Poás منذ عام 2014. أخذ علماء البراكين الشجعان جميع الغازات البركانية التي تم أخذ عينات منها قبل عملنا يدويًا من قبل علماء البراكين الشجعان الذين يتسلقون إلى فوهة Poás. كانت هذه الحملات قليلة ومتباعدة.

نأمل أنه مع بداية الطائرات بدون طيار التي تلتقط الغاز ، يمكن البدء في أخذ عينات من ثاني أكسيد الكربون في البراكين بشكل متكرر. سيؤدي ذلك إلى سد الفجوات في الجدول الزمني ومساعدتنا على فهم وتوقع الانفجارات البركانية.