Un team internazionale guidato dall’UCL (UK), e che include il gruppo di ricerca di Vulcanologia del Dipartimento DiSTeM dell’Università di Palermo e dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV), ha sviluppato e utilizzato una nuova tecnologia basata sull’uso dei droni per la misura dei gas vulcanici emessi dai vulcani attivi.
La ricerca è stata condotta sul vulcano Manam in Papua Nuova Guinea, e i risultati conseguiti consentiranno alle comunità locali di prevedere meglio le future eruzioni, e alla comunità scientifica internazionale di meglio comprendere come i vulcani contribuiscono al ciclo globale del carbonio, che gioca un ruolo chiave
nel sostenere la vita sulla Terra.
I risultati della ricerca, pubblicati sulla rivista Science Advances dell’AAAS (American Association for the Advancement of Science), dimostrano per la prima volta come l’uso combinato di misurazioni aeree, da terra e satellitari permetta di esplorare i vulcani più inaccessibili e attivi del pianeta.
La ricerca è stata condotta nell’ambito del progetto ABOVE (https://deepcarbon.net/project/above) del Deep Carbon Observatory (https://deepcarbon.net/), una comunità globale di scienziati impegnati in una ricerca decennale (finanziata dalla Alfred P. Sloan Foundation di Washington) finalizzata a una migliore comprensione del ciclo naturale terreste del carbonio. Il progetto ABOVE ha coinvolto specialisti dal Regno Unito, Stati Uniti, Canada, Italia, Svezia, Germania, Costa Rica, Nuova Zelanda e Papua Nuova Guinea, le cui expertise spaziano dalla vulcanologia all’ingegneria aerospaziale.
I ricercatori hanno ideato nuove soluzioni tecnologiche per la misurazione delle emissioni di gas dai vulcani attivi, utilizzando droni a lungo raggio. Tali tecniche innovative sono state ,esse alla prova surante una campagna di terreno nella remota isola vulcanica di Manam.
Con un diametro di 10 km e un’elevazione di 1800 m sul livello del mare, il vulcano Manam si trova su un’isola a 13 km dalla costa nord-orientale della Papua Nuova Guinea. Studi precedenti avevano individuato nel Manam uno tra i maggiori emettitori di anidride solforosa (SO2) al mondo. Tuttavia, nulla era noto
(prima di questo studio) sulla sua produzione di CO2 vulcanica.
Le emissioni di CO2 vulcanica sono difficili da misurare a causa delle alte concentrazioni nell’atmosfera di background, che impongono la necessità di eseguire le misurazioni in prossimità delle aree crateriche sommitali. Nei vulcani attivi e pericolosi come il Manam, i droni rappresentano l’unico modo per realizzare
le misure in condizioni in sicurezza. Tuttavia, fino aggi, i voli con droni “oltre la linea di vista” erano raramente stati tentati in ambienti vulcanici, in considerazione delle sfide tecnologiche che queste richiedono.
Utilizzando nuovi sensori di gas e spettrometri miniaturizzati, e progettando innovativi dispositivi di campionamento attivabili in maniera automatica, il team è stato in grado di far volare il drone fino a 2 km di altezza e 6 km di distanza, e di raggiungere la cima del Manam ove eseguire le misurazioni.
Fra i vari parametri osservati, è stato determinato il rapporto di abbondanza fra CO2 e SO2 nei gas vulcanici. La conoscenza di questo parametro è fondamentale per determinare la probabilità del verificarsi di un’eruzione, poiché aiuta i vulcanologi a stabilire la profondità alla quale il magma risiede. Queste nuove conoscenze sono pertanto preziose per aiutare i programmi di monitoraggio e mitigazione della pericolosità vulcanica sull’isola di Manam che, sebbene remota, vanta una consistente popolazione locale. Le ultime grandi eruzioni del Manam, tra il 2004 e il 2006, hanno devastato vaste porzioni dell’isola, e hanno costretto una popolazione di circa 4.000 persone a spostarsi verso la terraferma; i loro raccolti sono stati distrutti, e le risorse idriche contaminate.

A seguito del lavoro sul campo, svolto nel Maggio 2019, i ricercatori hanno raccolto fondi per acquistare
computer, pannelli solari e altre tecnologie per consentire alla comunità locale – che da allora ha messo
insieme un gruppo di emergenza per la mitigazione delle catastrofi naturali – di comunicare via satellite
dall’isola, e di coadiuvare le azioni di monitoraggio del Rabaul Volcanological Observatory.
Le emissioni vulcaniche rappresentano la principale sorgente naturale al ciclo naturale del carbonio sulla
Terra – il movimento del carbonio tra interno della terra, atmosfera e oceano. Tuttavia, le conoscenze attuali sulle emissioni globali di CO2 dai vulcani sono tuttora incomplete e frammentarie – a oggi, le misurazioni del flusso di CO2 sono state limitate a un numero relativamente piccolo dei 500 vulcani in degassamento sul
Terra. La comprensione dei fattori che controllano le emissioni di carbonio vulcanico oggi aiuterà a comprendere l’evoluzione del clima nel passato geologico, e quindi come questo potrebbe rispondere in futuro in risposta alla continua e massiccia iniezione di CO2 ad opera del’uomo .
Uno dei co-autori dello studio, il Prof. Alessandro Aiuppa (Università di Palermo), ha descritto i risultati dello studio come “un vero progresso in campo vulcanologico”, aggiungendo: “Dieci anni fa, i vulcanologi si sarebbero dovuti limitare a osservare a distanza le emissioni di un gigante in attività come il Manam, e immaginare quanto intense fossero le sue emissioni di CO2. Oggi, possiamo utilizzare i droni per volare
attraverso i gas craterici, e misurane la composizione, Il carbonio rilasciato dal vulcanismo globale rappresenta oggi meno dell’uno per cento del bilancio totale delle emissioni totali, che è dominato dalle attività umane. In pochi secoli, gli esseri umani si sono sostituiti ai vulcani nel determinare il bilancio della
CO2 nell’atmosfera”.

Lo studio apre nuove prospettive per il monitoraggio dei vulcani attivi, e per una migliore comprensione del flusso di anidride carbonica (CO2) rilasciata dai vulcani a livello globale.

Link a material supplementare (videografico)
https://deepcarbon.net/video-above-and-beyond
https://www.facebook.com/DeepCarbonObservatory/videos/trailer-above-and-beyond/3009924872357379/

Università di Palermo, Dipartimento DiSTeM Reference completa: E. J. Liu, A. Aiuppa, A. Alan, S. Arellano, M. Bitetto, N. Bobrowski, S. Carn, R. Clarke, E. Corrales, J. M. de Moor, J. A. Diaz, M. Edmonds, T. P. Fischer, J. Freer, G. M. Fricke, B. Galle, G. Gerdes, G. Giudice, A. Gutmann, C. Hayer, I. Itikarai, J. Jones, E. Mason, B. T. McCormick Kilbride, K. Mulina, S. Nowicki, K. Rahilly, T. Richardson, J. Rüdiger, C. I. Schipper, I. M. Watson, K. Wood, Aerial strategies advance volcanic gas measurements at inaccessible, strongly degassing volcanoes. Sci. Adv. 2020 6 eabb9103

Autore del post: Alessandro Aiuppa (DiSTeM, Università di Palermo)

Istituto di appartenenza: Università di Palermo, Dipartimento DiSTeM

Ruolo: Contributor

Doi originale: 10.1126/sciadv.abb9103

Link diretto alla fonte: https://advances.sciencemag.org/content/6/44/eabb9103

Articolo Divulgativo in Inglese:
Modified from UCL Press Release Specially-adapted drones developed by a UCL-led international team (with collaborators from University of Palermo and INGV in Italy) have been gathering data from never-before explored volcanoes that will enable local communities to better forecast future eruptions. The cutting-edge research at Manam volcano in Papua New Guinea is improving scientists’ understanding of how volcanoes contribute to the global carbon cycle, key to sustaining life on Earth. The team’s findings, published in Science Advances, show for the first time how it is possible to combine measurements from the air, earth and space to learn more about the most inaccessible, highly active volcanoes on the planet. The ABOVE project involved specialists from the UK, USA, Canada, Italy, Sweden, Germany, Costa Rica, New Zealand and Papua New Guinea, spanning volcanology and aerospace engineering. They co-created solutions to the challenges of measuring gas emissions from active volcanoes, through using modified long-range drones. By combining in situ aerial measurements with results from satellites and ground-based remote sensors, researchers can gather a much richer data set than previously possible. This enables them to monitor active volcanoes remotely, improving understanding of how much carbon dioxide (CO₂) is being released by volcanoes globally and, importantly, where this carbon is coming from. With a diameter of 10km, Manam volcano is located on an island 13km off the northeast coast of the mainland, at 1,800m above sea level. Previous studies have shown it is among the world’s biggest emitters of sulphur dioxide, but nothing was known of its CO₂ output. Volcanic CO₂ emissions are challenging to measure due to high concentrations in the background atmosphere. Measurements need to be collected very close to active vents and, at hazardous volcanoes like Manam, drones are the only way to obtain samples safely. Yet beyond-line-of-sight drone flights have rarely been attempted in volcanic environments. Adding miniaturised gas sensors, spectrometers and sampling devices that are automatically triggered to open and close, the team was able to fly the drone 2km high and 6km away to reach Manam’s summit, where they captured gas samples to be analysed within hours. Calculating the ratio between sulphur and carbon dioxide levels in a volcano’s emissions is critical to determining how likely an eruption is to take place, as it helps volcanologists establish the location of its magma. Manam’s last major eruptions between 2004 and 2006 devastated large parts of the island and displaced the population of some 4,000 people to the mainland; their crops destroyed and water supplies contaminated. Following the fieldwork, the researchers raised funds to buy computers, solar panels and other technology to enable the local community – who have since put together a disaster preparedness group - to communicate via satellite from the island, and to provide drone operations training to Rabaul Volcanological Observatory staff to assist in their monitoring efforts. ABOVE was part of the Deep Carbon Observatory (DCO), a global community of scientists on a ten-year quest to understand more about carbon in Earth. Volcanic emissions are a critical stage of the Earth’s carbon cycle - the movement of carbon between land, atmosphere, and ocean – but CO₂ measurements have so far been limited to a relatively small number of the world’s estimated 500 degassing volcanoes. Understanding the factors that control volcanic carbon emissions in the present day will reveal how the climate has changed in the past and therefore how it may respond in the future to current human impacts. ABOVE was funded by the Alfred P. Sloan Foundation. Link a to supplementary videos https://deepcarbon.net/video-above-and-beyond https://www.facebook.com/DeepCarbonObservatory/videos/trailer-above-and-beyond/3009924872357379/

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