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– La investigación de vanguardia en el volcán Manam en Papúa Nueva Guinea también está mejorando la comprensión de los científicos sobre cómo los volcanes contribuyen al ciclo global del carbono, clave para mantener la vida en la Tierra y regular el clima.
Cortesía de Chalmers: Un nuevo dron especialmente adaptado desarrollado por un equipo de investigación internacional, con la participación clave de los científicos de Chalmers, ha estado recopilando datos de volcanes nunca antes explorados que permitirán a las comunidades locales pronosticar mejor futuras erupciones.
Los hallazgos del equipo dirigido por el University College de Londres, publicados en un artículo en Science Advances, muestran por primera vez cómo es posible combinar mediciones desde el aire, la tierra y el espacio para aprender más sobre los volcanes más inaccesibles y altamente activos del planeta.
Co-crearon soluciones para los desafíos de medir las emisiones de gases de los volcanes activos, mediante el uso de un nuevo dron modificado de largo alcance. Los científicos de Chalmers demostraron un trabajo pionero en esta área en 2016, cuando llegaron a la nube volcánica de Bagana, a una altura de casi 2 km, en la remota isla de Bougainville.
El equipo de Chalmers, en estrecha colaboración con científicos del Observatorio del Volcán Rabaul de Papúa Nueva Guinea, también donó un instrumento para el monitoreo permanente del volcán Tavurvur, un volcán que entró en erupción en 1994 y 2014, cubriendo la ciudad de Rabaul bajo cenizas.
Estábamos allí para hacer ciencia que ayude a salvar vidas, dice Bo Galle, profesor emérito de Chalmers, quien había sido parte de todas las campañas de campo en Papúa Nueva Guinea.
Más datos de los que antes era posible
Al combinar mediciones aéreas in situ en Manam con resultados de satélites y sensores remotos terrestres, los investigadores recopilaron un conjunto de datos mucho más rico de lo que era posible anteriormente. Esto les permitió monitorear el volcán activo de forma remota, mejorando la comprensión de la cantidad de dióxido de carbono (CO2) que se libera y, lo que es más importante, de dónde proviene este carbono.
Con un diámetro de 10 km, el volcán Manam está ubicado en una isla a 13 km de la costa noreste del continente, a 1.800 m sobre el nivel del mar. Estudios anteriores han demostrado que se encuentra entre los mayores emisores de dióxido de azufre (SO2) del mundo, pero nada fue conocido por su emisión de CO2. Calcular la relación entre los niveles de azufre y dióxido de carbono en las emisiones de un volcán es fundamental para determinar la probabilidad de que se produzca una erupción.
Las emisiones de CO2 volcánico son difíciles de medir debido a las altas concentraciones en la atmósfera de fondo. Las mediciones deben recolectarse muy cerca de los respiraderos activos y, en volcanes peligrosos como Manam, el nuevo dron es la única forma de obtener muestras de manera segura. Sin embargo, los vuelos con drones más allá de la línea de visión rara vez se han intentado en entornos volcánicos.
Al agregar sensores de gas miniaturizados, espectrómetros y dispositivos de muestreo que se activan automáticamente para abrirse y cerrarse, el equipo pudo volar el nuevo dron a 2 km de altura y 6 km de distancia para llegar a la cima de Manam, donde capturaron muestras de gas para analizarlas en cuestión de horas.
La experiencia de los científicos de Chalmers y la pericia de un piloto sueco fueron determinantes para realizar mediciones con un UAV (vehículo aéreo no tripulado) especialmente diseñado y sensores terrestres.
Nuestro nuevo dron terminó siendo utilizado como plataforma para mediciones por otros colegas del equipo, dice Santiago Arellano, investigador de Chalmers que participó en la campaña de campo, desde la medición en tiempo real de la composición y el flujo del gas, hasta la recolección de muestras de gas en bolsas y recipientes de gas especialmente preparados, que luego se utilizaron para análisis de isótopos y halógenos.
Esta información es crucial para revelar el origen de los magmas y evaluar el impacto de las emisiones en el medio ambiente. Prácticamente, las mediciones no podrían realizarse de otra manera, concluye Arellano, quien trabaja en la división de Microondas y Teledetección Óptica, del Departamento de Espacio, Tierra y Medio Ambiente de Chalmers.
Según Santiago Arellano, trabajar en Papua Nueva Guinea (PNG) fue un desafío pero muy gratificante. Habíamos estado haciendo trabajo de campo en todo tipo de lugares de África, América Latina, Kamchatka. Siempre hemos tenido que adaptarnos a circunstancias inesperadas y abrazar las sorpresas con los brazos abiertos.
Pero en PNG los teníamos todos juntos. Experimentamos un terremoto de magnitud 7 con riesgo de tsunami la primera noche, tuvimos que detener nuestro viaje debido a la guerra civil, transportar todos los suministros y equipos en avión, automóvil, bote y a pie a través de los ríos … una larga lista. Pero también llegamos a conocer y aprender de personas extraordinarias, generosas y resistentes, que tenían su propia relación con los volcanes. Te das cuenta de que los volcanes no son solo el objetivo de la investigación científica, sino que son principalmente parte del medio ambiente donde viven y sueñan miles de personas.
Los volcanes emiten gases antes y durante las erupciones, principalmente vapor de agua y gases que contienen carbono y azufre. El CO2 se libera desde muy profundo, antes que los otros gases, por lo tanto, puede dar una señal temprana de malestar de un volcán. Si la emisión es a baja altura puede ser una amenaza para la vida, si es demasiado alta, puede incluso alterar el clima.
A nivel global, todos los volcanes del mundo emiten juntos alrededor de mil de lo que hacen las actividades humanas, a menos que hubiera una erupción similar a la de Toba (la erupción volcánica más grande de la Tierra, en Sumatra hace 70 000 años). Sin embargo, una diferencia clave es que no podemos controlar la emisión de los volcanes.
Si la fuente de emisión es magma (lava profunda fundida) del manto, la implicación es totalmente diferente a si proviene, digamos de actividad biogénica o sedimentos en la corteza, porque significaría que el volcán está activo y puede producir una erupción. . Por lo general, el origen lo revela la composición isotópica, para lo cual es necesario tomar muestras de fuentes concentradas de gas, peligrosas para las personas pero no para los drones.
Chalmers había demostrado la aplicación del nuevo dron para alcanzar nubes volcánicas de gran altitud durante campañas de campo en Papúa Nueva Guinea en 2016 (Tavurvur, Bagana, Ulawun y 2018 (Langila). Los desafíos comunes a estos eran técnicos (alcanzando hasta 2500 m de altura). sobre tierra y 5 km de distancia, pilotando sin ver el dron), y logístico (volcanes muy remotos, infraestructura básica, restricciones de importación, etc.).
Iniciamos una buena cooperación con el Observatorio del Volcán Rabaul local y contribuimos también con mediciones desde el suelo, que fue la contribución inicial esperada de nuestro grupo a un equipo internacional que incluía colegas de Cambridge, Bristol, Palermo, Heidelberg / Mainz, Nuevo México, Costa. Rica, y por supuesto PNG.
La campaña ABOVE fue el esfuerzo final del proyecto del Observatorio de Carbono Profundo de 10 años y tenía la ambición de unirse a grupos que desarrollan las nuevas aplicaciones de drones en volcanes para una campaña dedicada en Manam, uno de los emisores de gas más fuertes del mundo, y también uno de los menos conocidos. Nuestro enfoque fue exitoso para obtener los datos que nos comprometimos a proporcionar y ayudar a otros grupos a lograr sus mediciones.
Identificamos la fuente y la magnitud de las emisiones de carbono y azufre en estos volcanes, clave para mejorar las estimaciones de las emisiones de gases volcánicos en todo el mundo. El proyecto dio un impulso a la creación de nueva instrumentación y metodologías para combinar mediciones desde tierra y aire para hacer observaciones que de otra manera no serían posibles. Habíamos mantenido la cooperación con los otros grupos, pero, por supuesto, no ha sido posible realizar más trabajo de campo este año. Es de esperar que estos nuevos desarrollos de drones se utilicen para la investigación de las emisiones de los barcos y las industrias por nuestro grupo en Chalmers, dice Santiago Arellano.
El proyecto ABOVE – Observaciones aéreas de emisiones volcánicas
El proyecto ABOVE fue dirigido por University College London e involucró a especialistas del Reino Unido, EE. UU., Canadá, Italia, Suecia, Ecuador, Alemania, Costa Rica, Nueva Zelanda y Papúa Nueva Guinea, que abarcan la teledetección, la vulcanología y la ingeniería aeroespacial. Vladimir Conde, Johan Mellqvist, Jiazhi Xu, Gustav Gerdes y Tomas Krejci también participaron en el desarrollo de instrumentos y drones de Chalmers. ABOVE fue financiado por la Fundación Alfred P. Sloan. La investigación de Chalmers UAV ha sido apoyada por FORMAS y la Junta Nacional Espacial Sueca.
Otras fuentes: ABOVE
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