21/12/2022
Door Ad Spijkers
De samenstelling van door vulkanen uitgestoten gassen kan informatie geven over de mogelijkheid van dreigende uitbarstingen.
De belangrijkste gassen die vrijkomen bij vulkanen zijn waterdamp, koolstofdioxide en zwaveldioxide. Het analyseren van deze gassen is een van de beste manieren om informatie te verkrijgen over vulkanische systemen en de magmatische processen die aan de gang zijn. De verhouding van koolstofdioxidegehalte tot die van zwaveldioxide kan zelfs de waarschijnlijkheid van een naderende uitbarsting onthullen.
Om de nodige analytische systemen naar de plaats van activiteit te brengen, worden drones ingezet. Gezien hun omvang heeft het transport van de drones naar hun operatielocaties tot nu toe echter aanzienlijke kosten met zich meegebracht. Een team van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) heeft onlangs de mogelijkheden onderzocht van het gebruik van een kleine, draagbare observatiedrone in afgelegen gebieden. Dit compacte dronesysteem kan zelfs te voet worden vervoerd naar uiterst moeilijk bereikbare locaties. Bovendien vereist het slechts minimale vlieg- en administratieve voorbereidingen voor gebruik als observatieplatform vanuit de lucht.
Vulkanische gasuitstoot
Vrijkomende gasemissies behoren tot de weinige chemische signalen die het bewijs leveren van de processen die plaatsvinden in magmatische systemen. Deze bevinden zich diep onder het oppervlak en zijn ontoegankelijk. Al geruime tijd gaan onderzoekers er van uit, dat de analyse van dergelijke vluchtige emissies een centrale rol zou kunnen spelen bij het verbeteren van de voorspelling van vulkaanuitbarstingen.
Een veelbelovende parameter bij het bewaken van veranderingen in vulkanische activiteit is de verhouding van de concentratie van koolstofdioxide tot zwaveldioxide in de vrijgekomen gassen. Veranderingen in deze verhouding zijn waargenomen onmiddellijk voorafgaand aan uitbarstingen van verschillende vulkanen, waaronder de Etna.
Helaas vormt de praktische kant van het samenstellen van een continue tijdreeks van gassamenstellingen een grote uitdaging. Directe handmatige bemonstering door het beklimmen van de vulkaan is zwaar en tijdrovend, om nog maar te zwijgen van de mogelijke gevaren als er plotseling een uitbarsting zou optreden. Aan de andere kant registreert stationaire monitoringapparatuur vaak geen representatieve gegevens over gassamenstellingen, voornamelijk als gevolg van veranderende windrichtingen.
Drones
Meetdrones kunnen deze problemen oplossen en zijn al gebruikt om de chemische eigenschappen van vulkanische gassen te meten. Met name het risico voor vulkanologen om in gevaar te worden gebracht door plotselinge veranderingen in vulkanische activiteit wordt aanzienlijk verminderd doordat ze op grotere afstand kunnen blijven. Bovendien maken drones het mogelijk om emissiebronnen te bereiken die anders moeilijk of zelfs onmogelijk toegankelijk zijn, zoals fumarolen op steil, glad terrein of oudere delen van de pluim die zich meestal in windstreken en op grotere hoogten bevinden.
Tot nu toe zijn alleen grotere drones gebruikt voor het bewaken van vulkanen. Dit is problematisch gezien de afgelegen ligging van de regio's waarin de meeste vulkanen te vinden zijn. Om deze reden zijn kleine, gemakkelijk te vervoeren drones een essentiële voorwaarde als onderzoekers geïsoleerde of moeilijk toegankelijke vulkanische locaties willen bereiken en de activiteit daar op de juiste manier willen volgen.
Rugzak
In samenwerking met onderzoekers van Universität Heidelberg en het Nationaal Instituut voor Geofysica en Volcanologen (INGV) in Catania, heeft onderzoeksteam in Mainz een kleine commerciële drone getest die minder dan 900 g weegt en is uitgerust met geminiaturiseerde, lichtgewicht sensoren. Deze combinatie, die niet meer weegt dan een fles mineraalwater, kan gemakkelijk in een rugzak naar de plaats delict worden vervoerd.
Maar niet alleen het gewicht van de drone is cruciaal. De onderzoekers moeten real-time data over zwaveldioxidegehalten verkrijgen. Dit laat hen weten wanneer ze daadwerkelijk in contact zijn met de vulkanische pluim, die gemakkelijk in de loop van de tijd verandert als reactie op atmosferische factoren. De lokalisatie van een pluim alleen met visuele middelen van een afstand van enkele kilometers is praktisch onmogelijk. De foto toont de drone boven het eiland Volcano aan de zuidrand van de Eolische Eilanden, noordelijk van Sicilië.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier. Foto: Hoffmann group