Redaktørens merknad: I denne ukeserien utforsker LiveScience hvordan teknologi driver vitenskapelig utforskning og oppdagelse.
Å overvåke vulkaner er en tøff spillejobb. Du må vite hva som skjer - men å komme for nær er et livsfarlig forslag.
Heldigvis har teknologi gjort det enklere enn noen gang å holde oversikt over magma- og askespyrende fjell rundt hele kloden. Mye av denne teknologien gjør det mulig for forskere å holde veien tilbake (til og med å se på vulkaner fra verdensrommet) mens de følger nøye med på vulkansk aktivitet. Noen av disse teknologiene kan til og med trenge gjennom skyet vulkede fjelltopper, slik at forskere kan "se" grunnendringer som kan signalisere et forestående utbrudd eller farlig lavakuppel.
"Du liker å ha flere informasjonskilder for å maksimere din evne til å forstå hva som skjer," sa Geoff Wadge, direktør for Environmental Systems Science Center ved University of Reading i Storbritannia.
En gassy jobb
Overvåkning av vulkaner pleide å være et spørsmål om å få støvler på bakken. Personlig feltarbeid skjer fremdeles i dag, selvfølgelig, men nå har forskere langt flere verktøy til rådighet for å spore endringer døgnet rundt.
For eksempel måtte forskere på en gang troppe til vulkaniske gassventiler, trekke ut en flaske for å fange opp gassen og deretter sende den forseglede flasken til et laboratorium for analyse. Denne teknikken var tidkrevende og farlig, med tanke på at et stort antall vulkanske gasser er dødelige. Nå vender forskere mye oftere til teknologi for disse skitne jobbene. Ultraviolette spektrometre måler for eksempel mengden ultrafiolett lys fra sollys absorbert av en vulkansk plysj. Denne målingen lar forskere bestemme mengden svoveldioksid i skyen.
Et annet verktøy, som er brukt i Hawaiian Volcano Observatory siden 2004, er Fourier transformasjonsspektrometer, som fungerer på samme måte, men bruker infrarødt lys i stedet for ultrafiolett. Og et av observatoriets nyeste triks kombinerer ultrafiolett spektrometri med digital fotografering, ved å bruke kameraer som kan fange opp flere gassmålinger i minuttet i feltet. All denne gassinformasjonen hjelper forskere å finne ut hvor mye magma som er under vulkanen og hva den magmaen gjør.
Måle bevegelse
Andre høyteknologiske teknikker sporer vulkanutløst bakkebevegelse. Deformasjonen av bakken rundt en vulkan kan signalisere et forestående utbrudd, i tillegg til jordskjelv. Hawaiian Volcano Observatory har mer enn 60 sensorer for global posisjoneringssystem (GPS) som sporer bevegelse på statens aktive vulkansteder. Disse GPS-sensorene er ikke veldig forskjellige fra de i bilens navigasjonssystem eller på telefonen, men de er mer følsomme.
Tiltometre, som er akkurat slik de høres ut, måler hvordan bakken vipper i et vulkansk område, et annet tegn på at noe kan røre under bakken.
Å ha et øye på himmelen er også nyttig for å spore vulkanske endringer. Satellittbilder kan avsløre endringer i høyden på bakken. En populær teknikk, kalt interferometrisk syntetisk åpningsradar (eller InSAR), involverer to eller flere satellittbilder tatt fra samme sted i bane til forskjellige tider. Endringer i hvor raskt satellitts radarsignal spretter tilbake i verdensrommet avslører subtile deformasjoner i jordoverflaten. Ved å bruke disse dataene kan forskere lage kart som viser bakkeendringer ned til centimeteren.
Satellitter passerer bare vulkaner så ofte, men begrenser utsikten til hver 10. dag i beste fall, sa Wadge til LiveScience. For å kompensere bruker forskere nå bakkebasert radar, som ligner på radaren som brukes til å spore vær, for å følge med på vulkansk aktivitet. Wadge og kollegene hans har utviklet ett verktøy, kalt all-weather vulkan topography imag sensor (ATVIS), som bruker bølger med frekvenser på bare millimeter for å trenge gjennom skyene som ofte hyler vulkanske topper fra utsikten. Med ATVIS kan forskerne "se" dannelsen av lavakuppler, eller gradvis voksende hevelser, på vulkaner.
"Lavakuppler er veldig farlige, fordi de øser ut denne svært tyktflytende lavaen i en stor haug, og til slutt kollapser den. På den måten produserer den pyroklastisk strømning," sa Wadge.
Pyroklastisk strømning er en dødelig, raskt bevegende elv av varm stein og gass som kan drepe tusenvis på få minutter.
Wadge og kollegene tester ATVIS på den vulkansk aktive øya Montserrat i Vestindia. Siden 1995 har Soufriere Hills-vulkanen på øya periodevis utbrudd.
Radarmålinger kan også spore strømmer av smeltet lava fra verdensrommet, sa Wadge. Selv om satellittoverganger bare kan forekomme noen få dager, kan radarinstrumenter finne steder til 1 meter til noen meter. Å sette sammen bilder tatt fra verdensrommet i en sakteflytende lavastrøm kan avsløre en "filmstil" -sekvens for hvordan flyten går fremover, sa Wadge.
Avansert teknologi
I økende grad henvender forskere seg til ubemannede droner for å svøpe nær en vulkan mens de holder mennesker utenfor skadevirkningen. I mars 2013 fløy NASA 10 fjernstyrte ubemannede droneoppdrag inn i plymen på Costa Ricas vulkan Turrialba. 5-kilos (2,2 kilo) droner hadde videokameraer som filmet både i synlig og infrarødt lys, svoveldioksid-sensorer, partikkelsensorer og luftprøverflasker. Målet er å bruke data fra plymen for å forbedre datamaskinens spådommer om vulkanske farer som "vog" eller giftig vulkansk smog.
Noen ganger kan teknologi til og med fange et utbrudd som ingen andre ville ha lagt merke til. I mai blåste Alaskas avsidesliggende vulkan fra Cleveland toppen. Vulkanen er på Aleutian Islands, så fjern at det ikke er seismisk nettverksovervåking for eksplosjoner. Men utbrudd kan forstyrre flyreiser, så det er avgjørende at forskere vet når en eksplosjon skjer. For å overvåke den travle vulkanen i Cleveland, bruker forskere ved Alaska Volcano Observatory infrasound for å oppdage lavfrekvente rumblings under området for menneskelig hørsel. 4. mai gjorde denne teknikken forskerne i stand til å oppdage tre sprengninger fra den rastløse vulkanen.
I et annet tilfelle av deteksjon av ekstern vulkan rapporterte et skip i New Zealands Royal Navy i august 2012 en flytende øy av pimpstein som var 482 km lang i Sør-Stillehavet. Opprinnelsen til pimpsten ville sannsynligvis forbli et mysterium, men vulkanolog Erik Klemetti fra Denison University og NASA-visualiserer Robert Simmon gikk glatt etter kilden. De to forskerne søkte måneder med satellittbilder fra NASAs Terra- og Aqua-satellitter og fant det første antydningen til et utbrudd: askegrått vann og en vulkansk plomme ved en undervanns vulkan kalt Havre Seamount 19. juli 2012.
"Hvis du ikke visste hvor du skulle se, ville du gått glipp av det," sa Klemetti til LiveScience. Satellittbilder, sammen med andre teknologiske fremskritt, har gjort vulkanologer i stand til å oppdage flere utbrudd enn noen gang før, sa han.
"Gå tilbake for 25 år siden, det er mange steder hvor vi ikke hadde hatt noen anelse om at et utbrudd skjedde," sa Klemetti.
