無人機可以幫助當地社區監控附近的火山,並且預報未來的噴發

2020-12-05 騰訊網

全球預計有300座活火山，我們的挑戰在於如何進行監控，好在它們噴發前發出提前預警。

目前研究人員設計出一種特殊改裝的無人機，幫他們收集巴布亞紐幾內亞活火山的數據。

無人機可以幫助當地社區監控附近的火山，並且預報未來的噴發。它們的測量數據也能讓我們更好的了解那些最無法接近的高度活躍的火山，以及火山對全球碳循環的影響。

馬納姆火山(Manam)坐落在巴布亞紐幾內亞西北沿岸的一座寬度只有10公裡的島嶼上。這座島嶼上居住著超9000名居民，馬納姆火山是這個國家裡最活躍的火山。2004年的一次大噴發導致整個島嶼上的居民被疏散至主島上，摧毀了人們的莊稼和房屋。

對於火山什麼時候噴發，科學家只有少數幾種預測方法。他們能監控這個區域的地震活動，監測火山在噴發前幾乎總會出現的震動，以及尋找由於地下巖漿不斷升高時在火山斜坡上出現的隆起。

當能見度允許的時候，衛星可以快速監測和測量火山二氧化硫等氣體的排放。這些氣體排放的變化可以預示下方火山的活躍度增加。

倫敦大學學院的火山學家Emma Liu表示：「馬納姆火山沒有被詳細研究過，但通過衛星數據我們能看到它在製造大量的氣體排放。」

新墨西哥州大學的地球化學家Tobias Fischer說：「我們還想把這個巨型二氧化碳製造機的碳排放給量化了。」

雖然火山的排放只是人類碳排放的一小部分，但研究人員仍舊想要推算出它們所排放的二氧化碳量，並將這一因素囊括進我們的碳預算中，以限制氣候變化的影響。

這隻國際團隊來到巴布亞紐幾內亞，在2018年10月和2019年5對馬納姆島的2次實地考察過程中，他們測試了兩種配備有氣體傳感器、攝像頭和其他設備的遠程無人機。

馬納姆火山的山坡十分陡峭，人們要想步行上去採集氣體樣本異常危險，但是無人機可以安全的飛進不斷湧出的濃煙裡，幫助研究團隊更準確的測量火山的氣體排放。

無人機飛升到2000多米的高度進入了湍急的火山煙流中，距離它們的出發點約有6公裡，遠在操作者的視線之外。

每次飛行，無人機都會帶回馬納木火山和它兩個火山口的圖像，測量上升的煙流正上方的氣體構成，同時收集到4袋的額外氣體，用於無人機回收後的快速分析。

無人機拍攝到的空中圖像顯示出在2018年10月至2019年5月之間，馬納木火山的南火山口的脫氣加劇了。事實上，火山很快就在6月份噴發了，距離研究人員的第二次實地考察只過去了1個月。

但是增加的火山排放物不能單獨作為一場噴發是否在即的可靠指標，因此研究人員也會觀察馬納姆火山煙流中二氧化碳和二氧化硫之間的比例。

這能夠幫助監測到上升至表面的巖漿，同時在大噴發之前也會出現富含二氧化碳排放物的爆發。

不過，研究人員發現馬納姆火山排放出的氣體結構和兩次實地考察時的很相似。

將他們的無人機測量數據和衛星數據相結合，研究人員得以證明馬納姆火山是全球脫氣量最大的十大火山之一，每天能排放出約3800噸二氧化碳和5100噸的二氧化硫——高於此前預期。

該團隊通過分析氣態混合物中不同的碳同位素，推理認為馬納姆火山排放出的大多數碳可能來自於上層地幔，而不是地球較淺層地殼的沉積物。

該研究團隊在文章中總結說：「我們的新方法——也就是在實地測量中運用遠程高空無人機——是目前唯一可行的方法，它能讓我們分析像馬納姆火山這樣陡峭、危險又高度活躍的火山的氣體化學。」

未來的研究需要科學家更多的辛勤付出，也需要無人機飛行更長時間，因為這次研究的測量數據的時間跨度只有10天。

要是有足夠的設備資助和對當地科學家的培訓，這種方法可以運用在其他地方來監測其他那些無法靠近的危險火山，譬如菲律賓的馬榮火山(Mayon)，還有印度尼西亞的西納彭火山(Sinabung)。

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