В конце прошлого месяца стратовулкан на Бали под названием гора Агунг начал дымиться. Маленькие землетрясения дрожали под горой. С тех пор официальные лица эвакуировали тысячи людей, чтобы предотвратить то, что произошло во время извержения вулкана Агунг в 1963 году, в результате которого погибло более 1000 человек.
Перед извержением вулканов часто появляются предупреждающие знаки. Крошечные землетрясения, редко ощущаемые людьми, но ощущаемые сейсмографами, исходят от вулкана. Из кратера поднимаются шлейфы водяного пара. Когда вулкан начинает выделять газы, такие как двуокись углерода и двуокись серы, извержение может быть неизбежным.
Но приближаться к вершине вулкана - опасная работа. Использование дистанционного зондирования для обнаружения растущих выбросов двуокиси углерода и двуокиси серы, не подвергая опасности людей или оборудование, значительно расширит понимание человеком вулканов. Излучения дистанционного зондирования могут предотвратить гуманитарные катастрофы и ложные тревоги.
Гора Агунг еще не извергалась (на момент написания этой статьи), но сейсмическая активность остается интенсивной. Балийские официальные лица начинают задаваться вопросом, действительно ли извержение неизбежно; люди, которые были эвакуированы из этого района, хотят вернуться в свои дома, а туризм падает.
Исследователи, в том числе вулканолог Мичиганского технологического университета Саймон Карн, опубликовали в журнале Science сборник статей, в том числе «Обнаружение локализованных источников углекислого газа с борта космоса»; в статье подробно описано первое известное измерение локализованных антропогенных и естественных источников углекислого газа со спутника на низкой околоземной орбите.
Пять статей из специального научного сборника OCO-2 демонстрируют возможности спутника NASA Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2); измерения спутниковых датчиков дают представление о том, как углерод связывает все на Земле. Исследование проводится при поддержке Лаборатории реактивного движения НАСА.
Мониторинг выбросов CO2 из космоса
В статье, соавтором которой является Карн, обсуждается, как исследовательская группа провела высокоточные и чувствительные космические измерения содержания углекислого газа в атмосфере в километровом масштабе. Эти данные показывают, что датчики спутника способны точно определять локализованные источники углекислого газа в атмосфере - трудная задача, учитывая огромное количество фонового углекислого газа в атмосфере.
Спутник использует спектрометрию; Датчики на борту спутника измеряют отраженный солнечный свет - излучение - с высоким спектральным разрешением, используя длины волн, невидимые для человеческого глаза. Когда свет проходит через углекислый газ, часть его поглощается газом. Оставшийся свет отражается от океана и Земли. Датчики OCO-2 измеряют свет, который отражается, чтобы количественно определить, что было поглощено углекислым газом, что позволяет ученым изолировать источники излучения, будь то человеческие или природные источники.
«Основное внимание в статье уделяется обнаружению локализованных выбросов углекислого газа из точечных источников, а не измерению широкомасштабной концентрации в атмосфере», - говорит Карн, доцент кафедры геологии и горного дела. Инженерия и науки. «Вулканы могут быть сильными локализованными источниками углекислого газа. Но в глобальном масштабе все имеющиеся данные указывают на то, что деятельность человека выбрасывает гораздо больше углекислого газа, чем вулканы».
Пространственное разрешение спутника ОСО-2 - 2,25 км - достаточно высокое, чтобы химические сигналы не разбавлялись. Однако, хотя измерения OCO-2 беспрецедентны, спутник нельзя использовать в качестве рутинного инструмента мониторинга вулканов, поскольку он не проходит достаточно часто над одним и тем же местом на Земле.
«Это демонстрация того, что метод действительно работает, но нам нужны более совершенные датчики, прежде чем он станет обычным инструментом мониторинга, особенно для вулканов, где мы ожидаем быстрых изменений в выбросах газа», - говорит Карн. «Если бы мы могли регулярно измерять вулканический углекислый газ из космоса, это было бы очень мощным дополнением к методам, которые мы используем. Такие наблюдения были бы полезны (для Аганга) прямо сейчас».
Карн изучил спутниковые данные, чтобы найти поддающиеся обнаружению измерения углекислого газа из космоса из трех вулканов в тихоокеанском островном государстве Вануату. Одна из них, гора Ясур, извергалась по крайней мере с 1700-х годов, и в день измерения OCO-2 выбросы углекислого газа были примерно на 3,4 части на миллион выше фонового уровня атмосферы, что соответствует примерно 42 килотоннам выбросов. Для сравнения, выбросы человека в среднем составляют 100 000 килотонн в день.
Датчики OCO-2 также измеряли выбросы углекислого газа над бассейном Лос-Анджелеса, обнаружив своего рода «купол» углекислого газа. На городские территории приходится более 70 процентов антропогенных выбросов.
«Естественные процессы на Земле в настоящее время способны поглощать около половины выбросов человека от ископаемого топлива», - говорит Аннмари Элдеринг, заместитель научного сотрудника по проекту OCO-2 в Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, и ведущий автор обзора. статья в науке о состоянии науки ОСО-2. «Если эти естественные процессы прекратятся, замедляя полезное удаление углекислого газа, потепление, вызванное парниковыми газами, ускорится и усилится. Эти данные начинают давать нам лучшее представление о том, как климат влияет на углеродный цикл, уменьшая огромную неопределенность в отношении того, как оба могут измениться в будущем."
Измерения OCO-2 в Лос-Анджелесе были достаточно подробными, чтобы зафиксировать различия в концентрациях в пределах города, вызванные локализованными источниками. Они также отслеживали снижение концентрации углекислого газа по мере того, как космический корабль пролетал над переполненным городом в пригороды и в малонаселенную пустыню на севере.