Примечание редактора: В этой еженедельной серии LiveScience рассказывает о том, как технологии стимулируют научные исследования и открытия.
Мониторинг вулканов - тяжелый концерт. Вы должны знать, что происходит, но слишком близко - смертельное предложение.
К счастью, благодаря технологиям стало проще, чем когда-либо, следить за горами, испускающими магму и пепел по всему земному шару. Большая часть этой технологии позволяет исследователям держаться подальше (даже наблюдая за вулканами из космоса), одновременно пристально наблюдая за вулканической активностью. Некоторые из этих технологий могут даже проникать в покрытые облаками вершины вулканов, что позволяет исследователям «видеть» изменения грунта, которые могут сигнализировать о неизбежном извержении или опасном обвале купола лавы.
«Вам нравится иметь несколько источников информации, чтобы максимизировать вашу способность понимать, что происходит», - сказал Джефф Уодж, директор Центра изучения экологических систем в Университете Рединга в Великобритании.
Гассовая работа
Раньше для наблюдения за вулканами нужно было ставить ботинки на землю. Конечно, полевые работы по-прежнему происходят сегодня, но теперь ученые имеют в своем распоряжении гораздо больше инструментов для круглосуточного отслеживания изменений.
Например, исследователям в свое время приходилось перемещаться в вентиляционные отверстия вулканического газа, вытаскивать бутылку для улавливания газа, а затем отправлять запечатанную бутылку в лабораторию для анализа. Эта техника была трудоемкой и опасной, учитывая, что большое количество вулканических газов смертельно. Теперь ученые гораздо чаще обращаются к технологиям для этих грязных работ. Ультрафиолетовые спектрометры, например, измеряют количество ультрафиолетового света от солнечного света, поглощенного вулканическим шлейфом. Это измерение позволяет исследователям определить количество диоксида серы в облаке.
Другим инструментом, который используется в Гавайской вулканической обсерватории с 2004 года, является спектрометр с преобразованием Фурье, который работает аналогичным образом, но использует ультрафиолетовый свет вместо инфракрасного. И один из новейших приемов обсерватории сочетает ультрафиолетовую спектрометрию с цифровой фотографией, используя камеры, которые могут фиксировать несколько измерений газа в минуту в полевых условиях. Вся эта газовая информация помогает исследователям выяснить, сколько магмы находится под вулканом и что делает эта магма.
Измерение движения
Другие высокотехнологичные технологии отслеживают движение грунта, вызванное вулканами. Деформация земли вокруг вулкана может сигнализировать о надвигающемся извержении, как и землетрясения. Гавайская вулканическая обсерватория имеет более 60 датчиков глобальной системы позиционирования (GPS), отслеживающих движение на активных вулканических участках штата. Эти GPS-датчики мало чем отличаются от датчиков в вашей автомобильной навигационной системе или в вашем телефоне, но они более чувствительны.
Тилометры, которые звучат именно так, как они звучат, измеряют, как земля наклоняется в вулканической области, еще один явный признак того, что что-то может шевелиться под землей.
Наблюдение за небом удобно и для отслеживания вулканических изменений. Спутниковые снимки могут выявить даже незначительные изменения высоты на земле. Один популярный метод, называемый интерферометрическим радаром с синтезированной апертурой (или InSAR), включает два или более спутниковых изображения, снятых с одного и того же места на орбите в разное время. Изменения в том, как быстро радиолокационный сигнал спутника возвращается в космос, обнаруживают незначительные деформации на поверхности Земли. Используя эти данные, ученые могут создавать карты, показывающие изменения грунта вплоть до сантиметра.
Спутники пропускают только вулканы очень часто, однако, в лучшем случае, ограничиваясь просмотром, каждые 10 дней, сказал Вадж в интервью LiveScience. Чтобы компенсировать это, исследователи сейчас развертывают наземный радар, подобный радару, используемому для отслеживания погоды, чтобы следить за вулканической активностью. Уодж и его коллеги разработали один инструмент, называемый датчиком всепогодного представления о топографии вулкана (ATVIS), который использует волны с частотами в несколько миллиметров для проникновения в облака, которые часто покрывают вулканические пики из поля зрения. С помощью ATVIS ученые могут «наблюдать» за формированием лавовых куполов или постепенно нарастающими набуханиями на вулканах.
«Лавовые купола очень опасны, потому что они высыпают эту высоковязкую лаву в большую кучу, и в конечном итоге она разрушается. При этом она производит пирокластический поток», - сказал Вадж.
Пирокластический поток - смертельная, быстро движущаяся река из горячих камней и газа, которая может убить тысячи людей за считанные минуты.
Вадж и его коллеги проводят испытания ATVIS на вулканически активном острове Монтсеррат в Вест-Индии. С 1995 года вулкан Суфриер-Хиллз на острове периодически извергается.
Радар также может отслеживать потоки расплавленной лавы из космоса, сказал Вадж. Хотя проходы со спутника могут происходить только раз в несколько дней, радиолокационные приборы могут определять места на расстоянии до нескольких футов (от 1 до 2 метров). По словам Уоджа, объединение изображений, полученных из космоса медленно движущегося лавового потока, может выявить последовательность «кинематографического стиля» того, как этот поток продвигается.
Передовые технологии
Ученые все чаще обращаются к беспилотным беспилотникам, чтобы прыгнуть рядом с вулканом, не пуская при этом людей. В марте 2013 года НАСА осуществило 10 беспилотных полетов с дистанционным управлением в шлейфе вулкана Турриальба в Коста-Рике. Беспилотники весом в 5 фунтов (2,2 кг) несли видеокамеры, снимающие как в видимом, так и в инфракрасном диапазоне, датчики диоксида серы, датчики частиц и бутылки для отбора проб воздуха. Цель состоит в том, чтобы использовать данные из шлейфа для улучшения компьютерных прогнозов о вулканических опасностях, таких как "фог" или токсичный вулканический смог.
Время от времени, технология может даже поймать извержение, никто не заметил бы иначе. В мае удаленный вулкан Кливленда на Аляске взорвался. Вулкан находится на Алеутских островах, настолько удаленных, что сейсмическая сеть не отслеживает взрывы. Но извержения могут нарушить воздушное путешествие, поэтому крайне важно, чтобы исследователи знали, когда происходит взрыв. Для наблюдения за занятым вулканом Кливленда ученые Обсерватории вулканов Аляски используют инфразвук для обнаружения низкочастотных шумов ниже диапазона человеческого слуха. 4 мая этот метод позволил ученым обнаружить три взрыва из беспокойного вулкана.
В другом случае дистанционного обнаружения вулкана, в августе 2012 года, корабль в Королевском флоте Новой Зеландии сообщил о плавучем острове пемзы длиной 300 миль (482 км) в южной части Тихого океана. Происхождение пемзы, вероятно, осталось бы загадкой, но вулканолог Эрик Клеметти из Университета Денисона и визуализатор НАСА Роберт Симмон отправился на поиски источника. Два ученых исследовали месяцы спутниковых фотографий со спутников НАСА «Терра» и «Аква» и обнаружили первый намек на извержение: пепельно-серая вода и вулканический шлейф у подводного вулкана, называемого Подводная гора Гавр, 19 июля 2012 года.
«Если бы вы не знали, где искать, вы бы пропустили это», - сказал Клеметти в LiveScience. Спутниковые снимки, наряду с другими технологическими достижениями, позволили вулканологам обнаружить больше извержений, чем когда-либо прежде, сказал он.
«Возвращаясь 25 лет назад, есть много мест, где у нас не было бы никакой подсказки, что произошло извержение», - сказал Клеметти.
