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– A pesquisa de ponta no vulcão Manam, em Papua-Nova Guiné, também está melhorando a compreensão dos cientistas sobre como os vulcões contribuem para o ciclo global do carbono, fundamental para sustentar a vida na Terra e regular o clima.
Cortesia Chalmers: Um novo drone especialmente adaptado desenvolvido por uma equipe de pesquisa internacional, com a participação de cientistas da Chalmers, tem coletado dados de vulcões nunca antes explorados que permitirão às comunidades locais prever melhor erupções futuras.
As descobertas da equipe da University College London, publicadas em um artigo na Science Advances, mostram pela primeira vez como é possível combinar medições do ar, da terra e do espaço para aprender mais sobre os vulcões mais inacessíveis e altamente ativos do planeta .
Eles co-criaram soluções para os desafios de medir as emissões de gases de vulcões ativos, por meio do uso de novo drone modificado de longo alcance. O trabalho pioneiro nesta área foi demonstrado pelos cientistas da Chalmers em 2016, quando alcançaram a nuvem vulcânica de Bagana, a uma altura de quase 2 km, na remota ilha de Bougainville.
A equipe Chalmers, trabalhando em estreita cooperação com cientistas do Observatório do Vulcão Rabaul de Papua Nova Guiné, também doou um instrumento para monitoramento permanente do vulcão Tavurvur, um vulcão que entrou em erupção em 1994 e 2014, cobrindo a cidade de Rabaul sob as cinzas.
Estávamos lá para fazer ciência que ajuda a salvar vidas, disse Bo Galle, professor emérito da Chalmers, que participou de todas as campanhas de campo em Papua-Nova Guiné
Mais dados do que era possível anteriormente
Ao combinar medições aéreas in situ em Manam com resultados de satélites e sensores remotos baseados no solo, os pesquisadores reuniram um conjunto de dados muito mais rico do que era possível anteriormente. Isso permitiu que monitorassem o vulcão ativo remotamente, melhorando a compreensão de quanto dióxido de carbono (CO2) está sendo liberado e, mais importante, de onde esse carbono está vindo.
Com um diâmetro de 10 km, o vulcão Manam está localizado em uma ilha a 13 km da costa nordeste do continente, a 1.800m acima do nível do mar. Estudos anteriores mostraram que ele está entre os maiores emissores mundiais de dióxido de enxofre (SO2), mas nada foi conhecido de sua produção de CO2. Calcular a razão entre os níveis de enxofre e dióxido de carbono nas emissões de um vulcão é fundamental para determinar a probabilidade de ocorrer uma erupção.
As emissões vulcânicas de CO2 são difíceis de medir devido às altas concentrações na atmosfera de fundo. As medições precisam ser coletadas muito perto das aberturas ativas e, em vulcões perigosos como o Manam, o novo drone é a única maneira de obter amostras com segurança. No entanto, voos de drones além da linha de visão raramente foram tentados em ambientes vulcânicos.
Adicionando sensores de gás miniaturizados, espectrômetros e dispositivos de amostragem que são acionados automaticamente para abrir e fechar, a equipe foi capaz de voar com o novo drone a 2 km de altura e 6 km de distância para chegar ao cume de Manam, onde coletaram amostras de gás para serem analisadas em poucas horas.
A experiência dos cientistas da Chalmers e a perícia de um piloto sueco foram determinantes para realizar medições com um UAV (veículo aéreo não tripulado) especialmente projetado e sensores terrestres.
Nosso novo drone acabou sendo usado como plataforma para medições por outros colegas da equipe, diz Santiago Arellano, pesquisador da Chalmers que participou da campanha de campo, desde a medição em tempo real da composição e fluxo do gás, até a coleta de amostras de gás em sacos e recipientes de gás especialmente preparados, que foram então usados para análises de isótopos e halogênios.
Essas informações são cruciais para revelar a origem dos magmas e avaliar o impacto da emissão no meio ambiente. As medições não poderiam ser feitas praticamente de outra forma, conclui Arellano, que trabalha na divisão de Microondas e Sensoriamento Remoto Ótico, do Departamento de Espaço, Terra e Meio Ambiente da Chalmers.
De acordo com Santiago Arellano, trabalhar em Papua Nova Guiné (PNG) foi desafiador, mas altamente recompensador. Estávamos fazendo trabalho de campo em todos os tipos de lugares na África, América Latina, Kamchatka. Sempre tivemos que nos adaptar a circunstâncias inesperadas e abraçar as surpresas de braços abertos.
Mas em PNG nós meio que tínhamos todos eles juntos. Experimentamos um terremoto de magnitude 7 com risco de tsunami na primeira noite, tivemos que interromper nossa viagem devido à guerra civil, transportar todos os suprimentos e equipamentos de avião, carro, barco e a pé pelos rios … uma longa lista. Mas também conhecemos e aprendemos com pessoas extraordinárias, generosas e resilientes, que tinham sua própria relação com os vulcões. Você percebe que os vulcões não são apenas alvos de pesquisas científicas, mas são principalmente parte do ambiente onde milhares de pessoas vivem e sonham.
Os vulcões emitem gases antes e durante as erupções, principalmente vapor de água e gases contendo carbono e enxofre. O CO2 é liberado de muito fundo, antes dos outros gases, portanto, pode dar um sinal precoce de agitação de um vulcão. Se a emissão for em baixa altitude pode ser uma ameaça à vida, se ficar muito alta pode até alterar o clima.
Em um nível global, todos os vulcões do mundo emitem juntos cerca de mil do que as atividades humanas fazem, a menos que houvesse uma erupção do tipo Toba (a maior erupção vulcânica na Terra, em Sumatra 70.000 anos atrás). Uma diferença fundamental, porém, é que não podemos controlar a emissão dos vulcões.
Se a fonte de emissão for magma (lava profunda derretida) do manto, a implicação é totalmente diferente do que se vier, digamos, de atividade biogênica ou sedimentos na crosta, porque significaria que o vulcão está ativo e pode produzir uma erupção . Normalmente a origem é revelada pela composição isotópica, para a qual as amostras devem ser retiradas de fontes concentradas de gás, perigoso para as pessoas, mas não para os drones.
Chalmers demonstrou a aplicação do novo drone para alcançar nuvens vulcânicas de alta altitude durante as campanhas de campo em Papua Nova Guiné em 2016 (Tavurvur, Bagana, Ulawun e 2018 (Langila). Os desafios comuns a eles eram técnicos (atingindo até 2500 m de altura acima do solo e 5 km de distância, pilotando sem ver o drone), e logístico (vulcões muito remotos, infraestrutura básica, restrições de importação, etc.).
Iniciamos uma boa cooperação com o Observatório do Vulcão Rabaul local e contribuímos também com medições do solo, que foi a contribuição inicial esperada de nosso grupo para uma equipe internacional que incluía colegas de Cambridge, Bristol, Palermo, Heidelberg / Mainz, Novo México, Costa Rica e, claro, PNG.
A campanha ABOVE foi o esforço final do projeto Deep Carbon Observatory de 10 anos e teve a ambição de se juntar a grupos que desenvolvem as novas aplicações de drones em vulcões para uma campanha dedicada em Manam, um dos mais fortes emissores de gás do mundo, e também um dos menos conhecidos. Nossa abordagem teve sucesso ao obter os dados que nos comprometemos a fornecer e a ajudar outros grupos a realizar suas medições.
Identificamos a fonte e a magnitude das emissões de carbono e enxofre nesses vulcões, a chave para melhorar as estimativas de emissão de gases vulcânicos em todo o mundo. O projeto deu um impulso para a criação de nova instrumentação e metodologias para combinar medições de solo e ar para fazer observações que de outra forma não seriam possíveis. Tínhamos mantido a cooperação com os outros grupos, mas é claro que nenhum outro trabalho de campo foi possível neste ano. Esperamos que esses novos desenvolvimentos de drones sejam usados para pesquisas sobre emissões de navios e indústrias por nosso grupo em Chalmers, diz Santiago Arellano.
O projeto ABOVE – Observações Aéreas de Emissões Vulcânicas
O projeto ABOVE foi liderado pela University College London e envolveu especialistas do Reino Unido, EUA, Canadá, Itália, Suécia, Equador, Alemanha, Costa Rica, Nova Zelândia e Papua Nova Guiné, abrangendo sensoriamento remoto, vulcanologia e engenharia aeroespacial. Vladimir Conde, Johan Mellqvist, Jiazhi Xu, Gustav Gerdes e Tomas Krejci também estiveram envolvidos nos instrumentos Chalmers e no desenvolvimento de drones. ABOVE foi financiado pela Fundação Alfred P. Sloan. A pesquisa de Chalmers UAV foi apoiada pelo FORMAS e pelo Swedish National Space Board.
Esquerda: Drone da Chalmers com equipamento de medição de gás vulcânico. À direita: Piloto Gustav Gerdes e o pesquisador Santiago Arellano realizando medições de gás de longo alcance em Manam.
Outras fontes: ABOVE
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