Основными газами, выделяемыми вулканами, являются водяной пар, углекислый газ и диоксид серы. Анализ этих газов является одним из лучших способов получения информации о вулканических системах и происходящих магматических процессах. Соотношение уровней углекислого газа и диоксида серы может даже выявить вероятность надвигающегося извержения. Беспилотные летательные аппараты используются для доставки необходимых аналитических систем на место проведения работ. Однако из-за их размера транспортировка беспилотных летательных аппаратов к местам их эксплуатации на сегодняшний день требует значительных затрат.

Команда, возглавляемая профессором Торстеном Хоффманом из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU), недавно оценивала потенциал использования небольшого портативного беспилотника для наблюдения в отдаленных регионах. Эта очень компактная беспилотная система может быть даже доставлена пешком в чрезвычайно труднодоступные места. Кроме того, для работы в качестве платформы воздушного наблюдения требуется лишь минимальная летная и административная подготовка.

Извержения могут быть предсказаны на основе выделения вулканических газов

Газовые выбросы из вулканов в основном состоят из водяного пара, углекислого газа и диоксида серы. Выбросы выделяющегося газа являются одними из немногих химических сигналов, свидетельствующих о процессах, происходящих в магматических системах, которые расположены глубоко под поверхностью и, следовательно, иным образом недоступны. Уже некоторое время исследователи предполагают, что анализ таких летучих выбросов может сыграть центральную роль в улучшении прогнозирования извержений вулканов. Особенно многообещающим параметром, когда речь заходит о наблюдении за изменениями вулканической активности, является отношение концентрации двуокиси углерода к двуокиси серы в выделяющихся газах. Фактически, изменения этого соотношения наблюдались непосредственно перед извержениями нескольких вулканов, среди которых была Этна.

К сожалению, практическая сторона составления непрерывного временного ряда составов газов представляет собой серьезную проблему. Прямой ручной отбор проб с помощью восхождения на вулкан является трудным и отнимает много времени, не говоря уже о потенциальных опасностях в случае внезапного извержения. С другой стороны, стационарное оборудование для мониторинга часто не регистрирует репрезентативные данные о составе газа, главным образом из-за изменения направления ветра.

Измерительные дроны могут преодолеть эти проблемы и уже использовались для измерения химических характеристик вулканических газов. В частности, риск для вулканологов подвергнуться опасности из-за внезапных изменений вулканической активности значительно снижается за счет больших расстояний. Более того, беспилотные летательные аппараты позволяют достигать источников выбросов, к которым в противном случае трудно или даже невозможно получить доступ, таких как фумаролы в крутой, скользкой местности или более старые части шлейфа, которые обычно расположены в подветренных районах и на больших высотах.

До сих пор для мониторинга вулканов использовались только более крупные беспилотные летательные аппараты, и, конечно, это оказалось проблематичным ввиду удаленности регионов, в которых находится большинство вулканов. "Именно по этой причине небольшие, легко транспортируемые беспилотные летательные аппараты являются необходимым условием, если мы хотим добраться до изолированных или труднодоступных вулканических участков и соответствующим образом отслеживать их активность", - сказал Никлас Карбах, ведущий автор соответствующей статьи, которая недавно была опубликована в Scientific Reports.

Небольшая беспилотная система, которую можно носить в рюкзаке

В сотрудничестве с вулканологом доктором Николь Бобровски из Гейдельбергского университета и Национального института геофизики и вулканологии (INGV) в Катании исследовательская группа из Майнца провела испытания крошечного коммерческого беспилотника весом менее 900 граммов, оснащенного миниатюрными, легкими датчиками. Эту комбинацию, которая весит не больше бутылки минеральной воды, можно легко транспортировать на место происшествия в рюкзаке. Но решающее значение имеет не только вес дрона.

"Нам необходимо получать данные об уровнях диоксида серы в режиме реального времени, поскольку это позволяет нам знать, когда мы действительно находимся в контакте с вулканическим шлейфом, который легко перемещается с течением времени в ответ на атмосферные факторы. Локализация шлейфа только визуальными средствами с расстояния в несколько километров практически невозможна", - добавил профессор Хоффманн, руководитель группы JGU.