Válas György tudományos és mûszaki hírei
Környezetünk

Távérzékeléssel elemzik a vulkánok gázkibocsátását

 

A nyitott kürtõjû, gázokat folyamatosan kibocsátó vulkánok esetében, amilyen például Szicíliában az Etna és Mexikóban a Popocatépetl, természetes módon kínálkozik, hogy (a minden vulkánnál figyelendõ szeizmikus aktivitás mellett) az emittált gázok összetételének a vizsgálatával tanulmányozzák a vulkán viselkedését, kíséreljék meg elõre jelezni a fenyegetõ kitöréseket. Csakhogy ennek a megvalósítása korántsem egyszerû. A helyszíni mintavétel rendkívül veszélyes még a nyugodt idõszakokban is, emellett a felszíni szennyezõdések (vízpára, atmoszférikus gázok) miatt nem is ad kielégítõ eredményt. A kráterperemen elhelyezett infravörös spektrométer is akkor mondja fel a szolgálatot, amikor a legnagyobb szükség lenne rá: kitöréskor. Emellett az ilyen mûszerhez a kürtõ túloldalán elhelyezkedõ infravörös fényforrás kell. Ilyen célra a forró láva csak különlegesen kedvezõ esetben használható, fõleg a már lezajlott kitörés utáni napokon, ami esõ után köpönyeg. Az infravörös lámpa rendszeres kezelést, például akkumulátorcserét igényel, vagyis újra és újra el kell jutni hozzá a veszélyes peremre, ez megint csak a legkényesebb idõszakban, a fenyegetõ kitörés elõtt túl veszélyes. A gázoszlopba beszálló repülõgéprõl végzett mérés nemcsak nagyon drága, de kitöréskor szintén túl veszélyes is. Nagy szükség lenne tehát a biztonságos távolból történõ mérés megoldására.

Már egy ideje sikerült megoldani a vulkánokból emittált kén-dioxid mennyiségének a távolból való meghatározását az ultraibolya korrelációs spektrométer nevû mûszerrel. Errõl azonban kiderült, hogy nem eléggé jellemzõ adat. A Popocatépetl SO2-kibocsátása például (napi 2000 tonna átlaggal) napi 1600 tonna és napi 50 000 tonna között változik, és ez az ingadozás nincs igazán korrelációban a veszélyt jelentõ kitörésekkel. Az Etna napi 4,8 tonna körüli SO2-kibocsátása jobban korrelál a kitörésekkel, viszont kráterrõl kráterre mutat nagy eltéréseket. Ezért merült föl az az igény, hogy más gázkomponensek mennyiségét is határozzák meg, és az abszolút emittált tömeg helyett a komponensek arányaiban keressenek a kitörésre, a vulkáni tevékenység szintjére jellemzõ mennyiségeket.

A közelmúltban egymástól függetlenül két kutatócsoport is a Fourier-transzformációs infravörös spektroszkóp nevû, kereskedelmi forgalomban is kapható mûszert próbálta meg a vulkáni gázok összetételének a távoli elemzésére felhasználni.

Brit vulkanológusok egy csoportja a 3300 m magas Etna vizsgálatára használta a mûszert. 1997. június 14-én és október 27-én végzett megfigyeléseik során két helyszínrõl a Nap közvetlen fényét használták fényforrásnak. Ehhez azonban nagyon speciálisan kell megválasztani a mérés helyszínét, hogy a Nap fénye a gázoszlopon át látsszon, így ez a megoldás nem alkalmas tartós megfigyelésre. Az egyik mérõpontjuk mindössze 1 km-re volt a csúcs krátereitõl, a másik azonban 12 km-nyi, tehát kitörés esetén is biztonságos távolságban. 1,7 µm és 20 µm között végzett méréseik során a kén-dioxid, a hidrogén-klorid és a hidrogén-fluorid infravörös vonalait azonosították olyan biztonsággal, hogy abból az emittált mennyiség is meghatározható volt. A Cl:S és Cl:F arányokat határozták meg, ezek összhangban álltak a korábbi, lámpás fényforrást alkalmazó kráterperemi mérések eredményével, de a kitörést megelõzõ idõsorokat még nem tudtak felvenni. Figyelemre méltó viszont az az eredményük, hogy az Etna napi 188 tonna hidrogén-fluoridot bocsát ki, ami az ember által a légkörbe juttatott összes HF 14%-ának felel meg. Ez arra utal, hogy a globális HF-szennyezés döntõen a vulkánok „bûne”, az ipar hozzájárulása ehhez képest csekély.

Tovább jutott az az egyesült államokbeli és mexikói kutatókból álló csoport, amely az 5452 m magas Popocatépetl gázkibocsátását vizsgálta. Õk két hullámhossztartományban két különbözõ módszerrel dolgoztak.

A 8–12 µm hullámhossztartományban egyszerûen a kék ég és a gázfáklya közötti kontrasztot használták fel, de felhõs idõben is kielégítõ eredményeket kaptak. Ebben a tartományban a szilícium-tetrafluorid és a kén-dioxid színképvonalát, valamint a víz számos vonalát határozták meg. Ez a technika tehát az idõjárási helyzet elég tág határai között alkalmazható.

A 3–5 µm tartományban a gázoszlop mögötti fátyolfelhõzetrõl szórt napfény volt a fényforrásuk. Ehhez tehát meghatározott idõjárási körülmények szükségesek. Ebben a tartományban a kén-dioxid, a hidrogén-klorid és a hidrogén-fluorid vonalát azonosították.

Mindkét módszer tiszta, pára- és pormentes levegõt, jó látási viszonyokat igényel. Ezért mérõpontként a Popocatépetl körül szép számmal található magas, 3000 m körüli csúcsokat választották. (Erre a megoldásra a magányosan álló Etna esetében nincs lehetõség.) A legtávolabbi mérõpontjuk 17,5 km-re volt a vulkántól, ami már nagy kitörésekkor is biztonságos távolság.

A csoport ezekrõl a helyekrõl hosszabb megfigyelési sorozatokat is végzett. Az 1997. február 21–24-én és 26-án végzett méréssorozat a február 25–26-iki hamuszórásos kitörés során a SiF4/SO2 arány erõs növekedését mutatta a kitörés elõtt, majd hirtelen csökkenését a kitörés után. Ez a paraméter tehát ígéretesnek mutatkozott az elõrejelzés lehetõsége szempontjából. A szilícium-tertafluorid nem a vulkán által közvetlenül emittált gázok közé tartozik, hanem a kilövellt kvarchamu (SiO2) és a hidrogén-fluorid reakciójából a kilövellõ gázoszlopban keletkezik. Logikus tehát, hogy a mennyisége jellemzõ a hamuszórás mértékére, vagyis a reakcióhoz rendelkezésre álló kvarcfelület nagyságára.

1999. május 5.

W. I. Rose and G. J. S. Bluth, Nature, vol. 396, p. 515–517 (1998),
http://www.nature.com/server-java/Propub/nature/396515A0.frameset

P. Francis et al., Nature, vol. 396, p. 567–570 (1998),
http://www.nature.com/server-java/Propub/nature/396567A0.frameset

S. P. Love et al., Nature, vol. 396, p. 563–567 (1998),
http://www.nature.com/server-java/Propub/nature/396563A0.frameset


Ezt az oldalt a legelõnyösebben kedvenc böngészõjével olvashatja.

E hír Válas György szellemi tulajdona. Magáncélra, tanulmányi és tudományos célra szabadon használható, de bárminemû (akár közvetlen, akár közvetett) anyagi haszonszerzésre irányuló felhasználása csak a jogtulajdonossal kötendõ külön szerzõdés feltételei szerint jogszerû.

 

Vissza környezetünk híreinek tartalomjegyzékére
Vissza a hírek tartalomjegyzékére Vissza Válas György honlapjára Válas György tematikus internet-katalógusa