Drones estão sendo enviados direto para vulcões para fins científicos e para salvar vidas

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O vulcão Manam da Papua Nova Guiné, visto do espaço em 16 de junho de 2010. Créditos: Jesse Allen / NASA.

Por Clare Watson
Publicado na ScienceAlert

Com uma estimativa de 300 vulcões ativos na Terra, o desafio é como monitorá-los para enviar alertas antes que entrem em erupção. Medir as emissões de gases vulcânicos também não é uma tarefa fácil.

Agora, os pesquisadores projetaram drones especialmente adaptados para ajudar a coletar dados de um vulcão ativo em Papua Nova Guiné (PNG).

Os drones podem ajudar as comunidades locais a monitorar vulcões próximos e prever erupções futuras. Suas medições também podem nos revelar mais sobre os vulcões mais inacessíveis e altamente ativos do planeta e como os vulcões contribuem para o ciclo global do carbono.

vulcão Manam está localizado em uma ilha de apenas 10 quilômetros de largura que fica na costa nordeste de PNG. A ilha abriga mais de 9.000 habitantes e Manam Motu, como é conhecido localmente, é um dos vulcões mais ativos do país. Em 2004, uma grande erupção de Manam forçou toda a ilha a evacuar para o continente e devastou as plantações e casas das pessoas.

Os cientistas têm algumas maneiras de prever quando um vulcão vai explodir. Eles podem monitorar a atividade de terremotos na área para detectar tremores que quase sempre precedem as erupções e procurar protuberâncias nas paredes inclinadas do vulcão conforme o magma se acumula embaixo.

Quando o céu limpo permite, os satélites também podem detectar e medir rapidamente as emissões vulcânicas de gases como o dióxido de enxofre (SO2). Mudanças nessas emissões de gases podem sinalizar mais atividade no vulcão abaixo.

“Manam não foi estudado em detalhes, mas pudemos ver pelos dados de satélite que estava produzindo fortes emissões”, disse a vulcanologista Emma Liu, do Colégio Universitário de Londres, que liderou a equipe de pesquisa de cientistas da terra e engenheiros aeroespaciais.

“Nós [também] queríamos quantificar as emissões de carbono desse grande emissor de dióxido de carbono”, acrescentou o geoquímico Tobias Fischer, da Universidade do Novo México (EUA).

Embora os vulcões emitem apenas uma fração das emissões de carbono que os humanos despejam no ar, os pesquisadores ainda querem ser capazes de estimar quanto dióxido de carbono (CO2) eles emitem, para contabilizar isso no orçamento de carbono restante para limitar os efeitos das mudanças climáticas.

Viajando para PNG, a equipe internacional começou a testar dois tipos de drones de longo alcance equipados com sensores de gás, câmeras e outros dispositivos durante duas campanhas de campo na Ilha de Manam, em outubro de 2018 e maio de 2019.

As encostas íngremes de Manam tornam incrivelmente perigoso até mesmo contemplar a coleta de amostras de gás a pé, enquanto os drones poderiam voar com segurança direto para as plumas vulcânicas, ajudando a equipe de pesquisa a medir suas emissões de gases vulcânicos com mais precisão.

Preparando um dos drones para um voo de teste. Créditos: Matthew Wordell / ABOVE.

Os drones voaram mais de 2.000 metros de altura nas plumas vulcânicas altamente turbulentas de Manam e cerca de 6 quilômetros de distância de sua plataforma de lançamento, bem fora da vista de seus pilotos.

Em cada voo, os drones capturaram imagens de Manam e suas duas crateras, mediram a composição do gás pouco acima das plumas ascendentes e coletaram quatro sacos cheios de gás extra para análise rápida quando a aeronave pousou.

Imagens aéreas dos sobrevoos dos drones mostraram que a desgaseificação na cratera ao sul de Manam se intensificou entre outubro de 2018 e maio de 2019. Na verdade, o vulcão logo entrou em erupção em junho, apenas um mês após a segunda viagem de campo dos pesquisadores.

Mas o aumento das emissões vulcânicas não é por si só um indicador confiável de se uma erupção é iminente ou provável, então os pesquisadores também analisaram a proporção entre os diferentes gases, majoritariamente CO2 e SO2, nas plumas de Manam.

Isso pode ajudar a detectar a ascensão de magma quente à superfície e a expulsão de emissões ricas em CO2 que supostamente precedem grandes erupções.

No entanto, os pesquisadores descobriram que a mistura de gases emitidos por Manam era praticamente a mesma durante as duas viagens de campo.

Integrando suas medições de drones com dados de satélite, os pesquisadores conseguiram mostrar que Manam está entre os 10 maiores vulcões em processos de desgaseificação do mundo, emitindo cerca de 3.700 toneladas de CO2 e cerca de 5.100 toneladas de SO2 por dia – mais do que as estimativas anteriores.

Vista aérea da cratera ativa do vulcão Manam, em Papua Nova Guiné, mostrando o magma derretido próximo à superfície. Créditos: Emma Liu / ABOVE.

A equipe também deduziu que a maior parte do carbono emitido pelo Manam é provavelmente derivado do manto superior, e não de sedimentos da crosta mais rasa da Terra, que eles descobriram analisando diferentes isótopos de carbono na mistura gasosa.

“Nossa nova abordagem – ou seja, operações de longo alcance e alta altitude [drones] que permitem medições in situ – é atualmente o único meio viável pelo qual podemos caracterizar a química do gás em vulcões íngremes, perigosos e altamente ativos como Manam”, a equipe de pesquisa concluiu em seu artigo.

Pesquisas futuras exigirão um trabalho mais diligente de cientistas e mais tempo de voo de drones, já que as medições desse estudo duraram apenas 10 dias.

Com financiamento suficiente para equipamentos e treinamento de cientistas locais, a estratégia poderia ser usada em outros lugares para monitorar outros vulcões perigosamente inacessíveis, como Mayon nas Filipinas e Sinabung na Indonésia.

A pesquisa foi publicada na Science Advances.