ملحوظة المحرر: في هذه السلسلة الأسبوعية ، يستكشف LiveScience كيفية دفع التكنولوجيا للاستكشاف العلمي والاكتشاف.
إن رصد البراكين أمر صعب. يجب أن تعرف ما يحدث - لكن الاقتراب الشديد هو اقتراح مميت.
لحسن الحظ ، جعلت التكنولوجيا من الأسهل أكثر من أي وقت مضى مراقبة الجبال الصخرية والرمادية المتناثرة حول العالم. تسمح الكثير من هذه التكنولوجيا للباحثين بالحفاظ على طريق العودة (حتى مشاهدة البراكين من الفضاء) مع مراقبة النشاط البركاني عن كثب. يمكن لبعض هذه التقنيات أن تخترق قمم البراكين المليئة بالسحابة ، مما يسمح للباحثين "برؤية" التغييرات الأرضية التي يمكن أن تشير إلى انفجار وشيك أو انهيار خطير لقبة الحمم البركانية.
قال جيف وايدج ، مدير مركز علوم النظم البيئية في جامعة ريدينغ في المملكة المتحدة: "ترغب في الحصول على مصادر متعددة للمعلومات لزيادة قدرتك على فهم ما يحدث".
وظيفة غازية
كانت مراقبة البراكين مسألة الحصول على أحذية على الأرض. لا يزال العمل الميداني الشخصي يحدث اليوم ، بالطبع ، ولكن الآن يمتلك العلماء أدوات أكثر تحت تصرفهم لتتبع التغييرات على مدار الساعة.
على سبيل المثال ، كان على الباحثين في وقت من الأوقات العمل في فتحات تهوية الغاز البركاني ، وسحب زجاجة لالتقاط الغاز ، ثم إرسال الزجاجة المختومة إلى المختبر لتحليلها. كانت هذه التقنية تستغرق وقتًا طويلاً وخطيرة ، مع الأخذ في الاعتبار أن عددًا كبيرًا من الغازات البركانية مميتة. الآن ، يلجأ العلماء في كثير من الأحيان إلى التكنولوجيا لهذه الوظائف القذرة. على سبيل المثال ، تقيس مطياف الأشعة فوق البنفسجية كمية الضوء فوق البنفسجي من ضوء الشمس الممتص بواسطة عمود بركاني. يسمح هذا القياس للباحثين بتحديد كمية ثاني أكسيد الكبريت في السحابة.
أداة أخرى ، قيد الاستخدام في مرصد بركان هاواي منذ عام 2004 ، هي مطياف تحويل فورييه ، والذي يعمل بالمثل ولكنه يستخدم ضوء الأشعة تحت الحمراء بدلاً من الأشعة فوق البنفسجية. وتجمع إحدى أحدث حيل المرصد بين مطياف الأشعة فوق البنفسجية والتصوير الرقمي ، باستخدام كاميرات يمكنها التقاط العديد من قياسات الغاز في الدقيقة في الميدان. تساعد جميع معلومات الغاز هذه الباحثين على معرفة مقدار الصهارة تحت البركان وما تفعله الصهارة.
قياس الحركة
تتتبع تقنيات أخرى عالية التقنية الحركة الأرضية الناتجة عن البركان. يمكن أن يشير تشوه الأرض حول البركان إلى اندلاع وشيك ، وكذلك الزلازل. يحتوي مرصد بركان هاواي على أكثر من 60 مستشعرًا لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لتتبع الحركة في المواقع البركانية النشطة في الولاية. لا تختلف مستشعرات GPS هذه كثيرًا عن تلك الموجودة في نظام الملاحة بسيارتك أو في هاتفك ، ولكنها أكثر حساسية.
مقاييس الميل ، وهي بالضبط ما تبدو عليه ، تقيس كيف تميل الأرض في منطقة بركانية ، إشارة أخرى تدل على أن شيئًا ما قد يكون متحركًا تحت الأرض.
يعد وجود عين في السماء مفيدًا لتتبع التغيرات البركانية أيضًا. يمكن أن تكشف صور القمر الصناعي عن تغييرات ارتفاع دقيقة حتى على الأرض. إحدى التقنيات الشائعة ، تسمى رادار الفتحة الاصطناعية المتداخلة (أو InSAR) ، تتضمن صورتين أو أكثر من الأقمار الصناعية المأخوذة من نفس البقعة في المدار في أوقات مختلفة. تكشف التغييرات في مدى سرعة ارتداد إشارة رادار القمر الصناعي إلى الفضاء عن تشوهات طفيفة في سطح الأرض. باستخدام هذه البيانات ، يمكن للعلماء إنشاء خرائط توضح التغيرات الأرضية حتى السنتيمتر.
أخبر Wadge LiveScience أن الأقمار الصناعية تمر فوق البراكين فقط في كثير من الأحيان ، ومع ذلك ، تحد من المشاهدات لكل 10 أيام في أفضل الأحوال. للتعويض ، ينشر الباحثون الآن رادارًا أرضيًا ، على غرار الرادار المستخدم لتتبع الطقس ، لمراقبة النشاط البركاني. قام Wadge وزملاؤه بتطوير أداة واحدة ، تسمى مستشعر تخيل تضاريس البراكين في جميع الأحوال الجوية (ATVIS) ، والتي تستخدم موجات ذات ترددات من المليمترات فقط لاختراق الغيوم التي غالبًا ما تحجب القمم البركانية عن الرؤية. مع ATVIS ، يمكن للعلماء "مراقبة" تكوين قباب الحمم البركانية ، أو تزايد التورم تدريجيًا ، على البراكين.
وقال وايدج "قباب الحمم خطيرة للغاية ، لأنها تصب هذه الحمم شديدة اللزوجة في كومة كبيرة ، وفي النهاية تنهار. وبذلك ، ينتج تدفقًا بالحرارة".
تدفق الحمم البركانية هو نهر مميت سريع الحركة من الصخور الساخنة والغاز الذي يمكن أن يقتل الآلاف في دقائق.
يقوم Wadge وزملاؤه باختبار ATVIS في جزيرة مونتسيرات الغربية البركانية النشطة. منذ عام 1995 ، كان بركان سوفرير هيلز في الجزيرة ينفجر بشكل دوري.
وقال وايدج إن قياسات الرادار يمكنها أيضًا تتبع تدفقات الحمم المنصهرة من الفضاء. على الرغم من أن عمليات تمرير القمر الصناعي قد تحدث كل بضعة أيام فقط ، يمكن لأجهزة الرادار تحديد المواقع إلى أقدام قليلة (1 إلى 2 متر). وقال وايدج إن تجميع الصور المأخوذة من الفضاء من تدفق الحمم البطيئة الحركة يمكن أن يكشف عن تسلسل "على غرار الفيلم" لكيفية تقدم التدفق.
أحدث التقنيات
يتحول العلماء بشكل متزايد إلى طائرات بدون طيار لتحلق بالقرب من البركان مع إبقاء البشر بعيدًا عن الأذى. في مارس 2013 ، طارت وكالة ناسا 10 مهام بدون طيار يتم التحكم فيها عن بعد في عمود بركان توريالبا في كوستاريكا. حملت الطائرات بدون طيار التي يبلغ وزنها 5 رطل (2.2 كيلوغرام) كاميرات فيديو تصور في كل من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء وأجهزة استشعار ثاني أكسيد الكبريت وأجهزة استشعار الجسيمات وزجاجات أخذ عينات الهواء. الهدف هو استخدام البيانات من العمود لتحسين تنبؤات الكمبيوتر بالمخاطر البركانية مثل "الضباب" أو الضباب الدخاني البركاني السام.
في بعض الأحيان ، يمكن للتكنولوجيا أن تمسك بثوران لم يلاحظه أحد بخلاف ذلك. في مايو ، فجّر بركان كليفلاند النائي في ألاسكا قمته. البركان موجود في جزر أليوتيان ، بعيد جدًا بحيث لا توجد شبكة رصد زلزالية للانفجارات. لكن الانفجارات يمكن أن تعطل السفر الجوي ، لذلك من المهم أن يعرف الباحثون متى يحدث انفجار. لمراقبة بركان كليفلاند المزدحم ، يستخدم العلماء في مرصد ألاسكا بركان الموجات فوق الصوتية للكشف عن قعقعات منخفضة التردد تحت نطاق السمع البشري. في 4 مايو ، مكنت هذه التقنية العلماء من اكتشاف ثلاثة انفجارات من البركان المضطرب.
في حالة أخرى من الكشف عن البراكين عن بعد ، في أغسطس 2012 ، أبلغت سفينة في البحرية الملكية النيوزيلندية عن جزيرة خفاف عائمة يبلغ طولها 300 ميل (482 كم) في جنوب المحيط الهادئ. من المحتمل أن يظل أصل الخفاف لغزًا ، لكن عالم البراكين إريك كليميتي من جامعة دينيسون ومصور وكالة ناسا روبرت سيمون ذهب إلى عملية البحث عن المصدر. قام العلماء ببحث أشهر من صور الأقمار الصناعية من الأقمار الصناعية Terra and Aqua التابعة لناسا ووجدوا أول تلميح لثوران: مياه رمادية رمادية وعمود بركاني في بركان تحت الماء يسمى Havre Seamount في 19 يوليو 2012.
قال Klemetti لـ LiveScience: "إذا لم تكن تعرف إلى أين تبحث ، لكانت قد فاتتك". وقال إن صور الأقمار الصناعية ، إلى جانب التطورات التكنولوجية الأخرى ، مكنت علماء البراكين من اكتشاف المزيد من الانفجارات أكثر من أي وقت مضى.
وقال كليميتي: "عد قبل 25 عامًا ، فهناك الكثير من الأماكن التي لم يكن لدينا فيها أي دليل على حدوث ثوران".
