Nota dell'editore: In questa serie settimanale, LiveScience esplora come la tecnologia guida l'esplorazione e la scoperta scientifica.
Il monitoraggio dei vulcani è un concerto difficile. Devi sapere cosa sta succedendo, ma avvicinarsi troppo è una proposta mortale.
Fortunatamente, la tecnologia ha reso più semplice che mai tenere sotto controllo le montagne che emettono magma e cenere in tutto il mondo. Gran parte di questa tecnologia consente ai ricercatori di rimanere indietro (anche guardando i vulcani dallo spazio), tenendo d'occhio l'attività vulcanica. Alcune di queste tecnologie possono persino penetrare i picchi del vulcano ricoperto di nuvole, consentendo ai ricercatori di "vedere" i cambiamenti del terreno che potrebbero segnalare un'imminente eruzione o un pericoloso crollo della cupola di lava.
"Ti piace avere più fonti di informazioni per massimizzare la tua capacità di capire cosa sta succedendo", ha dichiarato Geoff Wadge, direttore del Environmental Systems Science Center dell'Università di Reading nel Regno Unito.
Un lavoro gassoso
Monitorare i vulcani era una questione di mettere gli stivali a terra. Il lavoro sul campo di persona continua ancora oggi, ovviamente, ma ora gli scienziati hanno a disposizione molti più strumenti per tenere traccia dei cambiamenti tutto il giorno.
Ad esempio, i ricercatori una volta dovevano truppa per le prese d'aria vulcaniche, estrarre una bombola per catturare il gas e quindi inviare la bombola sigillata a un laboratorio per l'analisi. Quella tecnica è stata dispendiosa in termini di tempo e pericolosa, considerando che un gran numero di gas vulcanici sono mortali. Ora, gli scienziati molto più frequentemente si rivolgono alla tecnologia per questi lavori sporchi. Gli spettrometri ultravioletti, ad esempio, misurano la quantità di luce ultravioletta della luce solare assorbita da un pennacchio vulcanico. Questa misurazione consente ai ricercatori di determinare la quantità di anidride solforosa nella nuvola.
Un altro strumento, in uso presso l'Hawaiian Volcano Observatory dal 2004, è lo spettrometro a trasformata di Fourier, che funziona in modo simile ma utilizza la luce a infrarossi anziché l'ultravioletto. E uno dei più recenti trucchi dell'osservatorio combina la spettrometria ultravioletta con la fotografia digitale, utilizzando telecamere in grado di catturare diverse misurazioni di gas al minuto sul campo. Tutte queste informazioni sul gas aiutano i ricercatori a capire quanta magma si trova sotto il vulcano e cosa sta facendo quel magma.
Misurare il movimento
Altre tecniche high-tech tracciano il movimento del terreno innescato dal vulcano. La deformazione del terreno attorno a un vulcano può segnalare un'imminente eruzione, così come i terremoti. L'Hawaiian Volcano Observatory ha più di 60 sensori di sistema di posizionamento globale (GPS) che tracciano il movimento nei siti vulcanici attivi dello stato. Questi sensori GPS non sono molto diversi da quelli nel sistema di navigazione della tua auto o nel tuo telefono, ma sono più sensibili.
I tiltometri, che sono esattamente come sembrano, misurano come il terreno si inclina in un'area vulcanica, un altro segno rivelatore che qualcosa potrebbe muoversi sotto terra.
Avere un occhio nel cielo è utile anche per tenere traccia dei cambiamenti vulcanici. Le immagini satellitari possono rivelare anche minime variazioni di elevazione sul terreno. Una tecnica popolare, chiamata radar ad apertura sintetica interferometrica (o InSAR), prevede due o più immagini satellitari prese dallo stesso punto in orbita in momenti diversi. I cambiamenti nella velocità con cui il segnale radar del satellite rimbalza nello spazio rivelano sottili deformazioni della superficie terrestre. Utilizzando questi dati, gli scienziati possono creare mappe che mostrano i cambiamenti del terreno fino al centimetro.
I satelliti passano sui vulcani solo ogni tanto, tuttavia, limitando al massimo la vista ogni 10 giorni, Wadge ha detto a LiveScience. Per compensare, i ricercatori stanno ora implementando un radar terrestre, simile al radar utilizzato per tenere traccia delle condizioni meteorologiche, per tenere d'occhio l'attività vulcanica. Wadge e i suoi colleghi hanno sviluppato uno strumento, chiamato il sensore di immagine topografica del vulcano per tutte le stagioni (ATVIS), che utilizza onde con frequenze di pochi millimetri per penetrare nelle nuvole che spesso nascondono i picchi vulcanici dalla vista. Con ATVIS, gli scienziati possono "osservare" la formazione di cupole di lava o il progressivo aumento dei rigonfiamenti sui vulcani.
"Le cupole di lava sono molto pericolose, perché riversano questa lava altamente viscosa in una grande pila, e alla fine collassa. In tal modo, produce un flusso piroclastico", ha detto Wadge.
Il flusso piroclastico è un fiume mortale e in rapido movimento di roccia calda e gas che può uccidere migliaia di minuti.
Wadge e i suoi colleghi stanno testando ATVIS sull'isola di Montserrat, attiva nelle Indie vulcaniche. Dal 1995 il vulcano Soufriere Hills sull'isola si è periodicamente eruttato.
Le misurazioni radar possono anche tracciare i flussi di lava fusa dallo spazio, ha affermato Wadge. Sebbene i passaggi satellitari possano avvenire solo ogni pochi giorni, gli strumenti radar possono individuare posizioni fino a pochi piedi (da 1 a 2 metri). Mettere insieme le immagini prese dallo spazio di un flusso di lava che si muove lentamente può rivelare una sequenza "cinematografica" di come il flusso avanza, ha detto Wadge.
Tecnologia all'avanguardia
Sempre più spesso, gli scienziati si stanno rivolgendo a droni senza pilota per piombare vicino a un vulcano mantenendo gli umani fuori pericolo. Nel marzo 2013, la NASA ha pilotato 10 missioni di droni senza pilota telecomandate nel pennacchio del vulcano Turrialba in Costa Rica. I droni da 5 libbre (2,2 chilogrammi) trasportavano videocamere riprese in luce visibile e infrarossa, sensori di anidride solforosa, sensori di particelle e bottiglie di campionamento dell'aria. L'obiettivo è utilizzare i dati del pennacchio per migliorare le previsioni al computer di rischi vulcanici come "vog" o smog vulcanico tossico.
A volte, la tecnologia può persino catturare un'eruzione che nessuno avrebbe notato diversamente. A maggio, il remoto vulcano Cleveland dell'Alaska ha fatto esplodere la sua cima. Il vulcano si trova sulle Isole Aleutine, così remoto che non esiste un monitoraggio sismico della rete per le esplosioni. Ma le eruzioni possono interrompere il trasporto aereo, quindi è fondamentale che i ricercatori sappiano quando si verifica un'esplosione. Per monitorare il caotico vulcano Cleveland, gli scienziati dell'Alaska Volcano Observatory usano gli infrasuoni per rilevare rumori a bassa frequenza al di sotto della portata dell'udito umano. Il 4 maggio, questa tecnica ha permesso agli scienziati di rilevare tre esplosioni dal vulcano irrequieto.
In un altro caso di rilevamento remoto del vulcano, nell'agosto 2012, una nave della Royal Navy della Nuova Zelanda ha riportato un'isola galleggiante di pomice che misura 300 miglia (482 km) di lunghezza nel Pacifico meridionale. L'origine della pomice sarebbe probabilmente rimasta un mistero, ma il vulcanologo Erik Klemetti della Denison University e il visualizzatore della NASA Robert Simmon sono andati a cercare la fonte. I due scienziati hanno cercato mesi di foto satellitari dai satelliti Terra e Aqua della NASA e hanno trovato il primo suggerimento di un'eruzione: acqua grigio cenere e un pennacchio vulcanico su un vulcano sottomarino chiamato Havre Seamount il 19 luglio 2012.
"Se non sapessi dove cercare, lo avresti perso", ha detto Klemetti a LiveScience. Le immagini satellitari, insieme ad altri progressi tecnologici, hanno permesso ai vulcanologi di rilevare più eruzioni che mai, ha detto.
"Torna indietro di 25 anni fa, ci sono molti posti in cui non avremmo avuto la minima idea che si verificasse un'eruzione", ha detto Klemetti.
