Opmerking van de uitgever: In deze wekelijkse serie onderzoekt WordsSideKick.com hoe technologie wetenschappelijke verkenning en ontdekking stimuleert.
Het monitoren van vulkanen is een zwaar optreden. Je moet weten wat er aan de hand is, maar te dichtbij komen is een dodelijk voorstel.
Gelukkig heeft technologie het gemakkelijker dan ooit gemaakt om magma- en asspuwende bergen over de hele wereld in de gaten te houden. Veel van deze technologie stelt onderzoekers in staat om ver terug te blijven (zelfs om vulkanen vanuit de ruimte te bekijken) terwijl ze de vulkanische activiteit nauwlettend in de gaten houden. Sommige van deze technologieën kunnen zelfs door wolken omhulde vulkaanpieken penetreren, waardoor onderzoekers veranderingen in de grond kunnen "zien" die een dreigende uitbarsting of gevaarlijke instorting van de lavakoepel kunnen signaleren.
"Je hebt graag meerdere informatiebronnen om je vermogen om te begrijpen wat er aan de hand is zo groot mogelijk te maken", zegt Geoff Wadge, de directeur van het Environmental Systems Science Center van de University of Reading in het Verenigd Koninkrijk.
Een gasachtige baan
Vroeger was het monitoren van vulkanen een kwestie van laarzen op de grond krijgen. Persoonlijk veldwerk gebeurt natuurlijk nog steeds, maar nu hebben wetenschappers veel meer tools tot hun beschikking om veranderingen de klok rond te volgen.
Onderzoekers moesten bijvoorbeeld ooit naar vulkanische gasopeningen trekken, een fles eruit trekken om het gas op te vangen en de verzegelde fles vervolgens naar een laboratorium sturen voor analyse. Die techniek was tijdrovend en gevaarlijk, aangezien een groot aantal vulkanische gassen dodelijk is. Nu wenden wetenschappers zich veel vaker tot technologie voor deze vuile klussen. Ultraviolette spectrometers meten bijvoorbeeld de hoeveelheid ultraviolet licht van zonlicht dat wordt geabsorbeerd door een vulkanische pluim. Met deze meting kunnen onderzoekers de hoeveelheid zwaveldioxide in de wolk bepalen.
Een ander hulpmiddel dat sinds 2004 in het Hawaiian Volcano Observatory wordt gebruikt, is de Fourier-transformatiespectrometer, die op dezelfde manier werkt maar infraroodlicht gebruikt in plaats van ultraviolet. En een van de nieuwste trucs van het observatorium combineert ultraviolette spectrometrie met digitale fotografie, met behulp van camera's die meerdere gasmetingen per minuut in het veld kunnen vastleggen. Al deze gasinformatie helpt onderzoekers erachter te komen hoeveel magma er onder de vulkaan zit en wat dat magma doet.
Beweging meten
Andere high-tech technieken volgen door de vulkaan veroorzaakte grondbewegingen. De vervorming van de grond rond een vulkaan kan een dreigende uitbarsting signaleren, evenals aardbevingen. Het Hawaiian Volcano Observatory heeft meer dan 60 sensoren voor wereldwijde positioneringssystemen (GPS) die bewegingen volgen op de actieve vulkanische locaties van de staat. Deze GPS-sensoren verschillen niet veel van die in het navigatiesysteem van uw auto of in uw telefoon, maar ze zijn gevoeliger.
Tiltometers, precies zoals ze klinken, meten hoe de grond in een vulkanisch gebied kantelt, een ander veelbetekenend teken dat er iets onder de grond zou kunnen bewegen.
Een oog in de lucht hebben is ook handig voor het volgen van vulkanische veranderingen. Satellietbeelden kunnen zelfs kleine hoogteverschillen op de grond onthullen. Een populaire techniek, interferometrische synthetische apertuurradar (of InSAR) genoemd, omvat twee of meer satellietbeelden die op verschillende tijdstippen vanaf dezelfde plek in de ruimte zijn genomen. Veranderingen in hoe snel het radarsignaal van de satelliet terug de ruimte in stuitert, onthullen subtiele vervormingen in het aardoppervlak. Met behulp van deze gegevens kunnen wetenschappers kaarten maken met grondveranderingen tot op de centimeter.
Satellieten passeren slechts af en toe vulkanen, maar beperken het uitzicht tot hoogstens elke 10 dagen, vertelde Wadge WordsSideKick.com. Ter compensatie gebruiken onderzoekers nu op de grond gebaseerde radar, vergelijkbaar met de radar die wordt gebruikt om het weer te volgen, om vulkanische activiteit in de gaten te houden. Wadge en zijn collega's hebben één tool ontwikkeld, de all-weather vulkaan-topografie-imaginesensor (ATVIS), die golven gebruikt met frequenties van slechts millimeters om de wolken te penetreren die vaak vulkanische pieken uit het zicht hullen. Met ATVIS kunnen de wetenschappers de vorming van lavakoepels, of geleidelijk toenemende zwellingen, op vulkanen "volgen".
"Lavakoepels zijn erg gevaarlijk, omdat ze deze zeer stroperige lava in een grote stapel uitstorten en uiteindelijk instorten. Hierdoor produceert het pyroclastische stroom", zei Wadge.
Pyroclastische stroming is een dodelijke, snel bewegende rivier van hete rotsen en gas die duizenden minuten kan doden.
Wadge en zijn collega's testen ATVIS op het vulkanisch actieve West-Indische eiland Montserrat. Sinds 1995 barst de vulkaan Soufriere Hills op het eiland regelmatig uit.
Radarmetingen kunnen ook stromen gesmolten lava vanuit de ruimte volgen, zei Wadge. Hoewel satellietpassen slechts om de paar dagen kunnen voorkomen, kunnen radarinstrumenten locaties tot op enkele meters (1 tot 2 meter) bepalen. Het samenvoegen van beelden uit de ruimte van een langzaam bewegende lavastroom kan een "filmachtige" reeks onthullen van hoe de stroom vordert, zei Wadge.
Geavanceerde technologie
Steeds vaker wenden wetenschappers zich tot onbemande drones om dicht bij een vulkaan te duiken terwijl ze mensen uit de gevarenzone houden. In maart 2013 vloog NASA 10 op afstand bestuurbare onbemande dronemissies in de pluim van de Turrialba-vulkaan in Costa Rica. De drones van 5 pond (2,2 kilogram) droegen videocamera's die zowel in zichtbaar als infrarood licht filmden, zwaveldioxidesensoren, deeltjessensoren en luchtbemonsteringsflessen. Het doel is om gegevens uit de pluim te gebruiken om computervoorspellingen van vulkanische gevaren zoals "vog" of giftige vulkanische smog te verbeteren.
Soms kan technologie zelfs een uitbarsting opvangen die niemand anders zou hebben opgemerkt. In mei blies de afgelegen vulkaan van Cleveland, de top van Cleveland. De vulkaan ligt op de Aleoeten, zo afgelegen dat er geen seismische netwerkmonitoring is voor explosies. Maar uitbarstingen kunnen het luchtverkeer verstoren, dus het is cruciaal dat onderzoekers weten wanneer er een explosie plaatsvindt. Om de drukke vulkaan in Cleveland te volgen, gebruiken wetenschappers van het Alaska Volcano Observatory infrageluid om laagfrequent gerommel onder het bereik van het menselijk gehoor te detecteren. Op 4 mei konden de wetenschappers met deze techniek drie ontploffingen van de rusteloze vulkaan detecteren.
In een ander geval van detectie van vulkaan op afstand, in augustus 2012, meldde een schip in de Koninklijke Marine van Nieuw-Zeeland een drijvend eiland van puimsteen van 482 km lang in de Stille Zuidzee. De oorsprong van het puimsteen zou waarschijnlijk een mysterie zijn gebleven, maar vulkanoloog Erik Klemetti van Denison University en NASA-visualiser Robert Simmon gingen op zoek naar de bron. De twee wetenschappers doorzochten maanden satellietfoto's van NASA's Terra- en Aqua-satellieten en vonden de eerste hint van een uitbarsting: asgrijs water en een vulkanische pluim bij een onderwatervulkaan genaamd de Havre Seamount op 19 juli 2012.
'Als je niet wist waar je moest zoeken, had je het gemist', vertelde Klemetti aan WordsSideKick.com. Satellietbeelden, samen met andere technologische vooruitgang, hebben vulkanologen in staat gesteld meer uitbarstingen dan ooit tevoren te detecteren, zei hij.
"Ga 25 jaar geleden terug, er zijn genoeg plaatsen waar we geen idee hadden dat er een uitbarsting was," zei Klemetti.
