2. WYMIENIC METODY MONITORINGU AKTYWNOSCI WULKANICZNEJ I OPISAC JEDNA Z NICH

• Monitoring

Na obszarach lądowych czynnych jest ponad 450 wulkanów.

Stany Zjednoczone mają 65 czynnych i potencjalnie czynnych wulkanów . Podczas XX wieku erupcje wulkaniczne spustoszyły tysiące mil kwadratowych i spowodowały gospodarcze i społeczne dewastacje a także poniosły ofiary śmiertelne. Program monitorujący VHP ( utworzony w 1998 roku ) stara się zmniejszyć szkodliwe wpływy działalności wulkanicznej przez monitorowanie czynnych i potencjalnie czynnych wulkanów oceniając:

- niebezpieczeństwo

- szybkość reagowanie na wulkaniczne kryzysy a także prowadzi badania nad wulkanami ( ich budowa i rozwojem)

Program VHP stara uzyskać się możliwie najlepszą naukową informacje o wulkanicznych niebezpieczeństwach i informować władze i społeczność w odpowiedniej i zrozumiałej formie.

• Metody monitoringu aktywności wulkanicznej

- monitoring sejsmiczny

- geodezyjne pomiary deformacji

- interferometria radarowa

- pomiary gazowe

- pomiary geofizyczne

- pomiary hydrologiczne

• Monitoring sejsmiczny - za pomocą sejsmometrów. Jest to instrument , który mierzy wibrowania Ziemi spowodowane przez różnego rodzaju procesy głównie: trzęsienia Ziemi.

Postęp technologiczny w technice komputerowej i wzrost doświadczenia w tematyce aktywności sejsmicznej wulkanów całego świata przyczynił się do ostrzegania przed wybuchami i charakteryzacji pojawiających się erupcji.

Komputery umożliwiają lokalizacje trzęsień Ziemi pod wulkanem szybciej i z większą dokładnością niż było to możliwe 5 lat temu i teraz możemy ustalać w czasie rzeczywistym charakter zmieniającej się działalności wulkanicznej. A także umożliwiają tworzenie map przebiegu struktur takich jak : Stefy uskokowe czy miejsc występowania złóż magmy.

Przykład sygnałów sejsmicznych:

- lawina odłamków skalnych

- dalekie trzęsienia ziemi

- dalekie trzęsienia ziemi w pobliżu góry

- trzęsienia ziemi pod górą

- spadek skał

- ślizg lodowca

• Interferometria radarowa - śledzenie chmur wulkanicznych

Z obrazów radarowych można wydobyć informacje o bardzo niewielkich pionowych ruchach obszarów przedstawionych na tych obrazach. Takie informacje można otrzymać z obrazów interferometrycznych. Obrazy takie powstają przez sumowanie wyników rejestracji radarowych, przeprowadzonych z tego samego miejsca w różnym czasie.

Prognozowanie wybuchów wulkanów za pomocą satelitów ma ogromną przyszłość. Naukowcy planują objąć stałą obserwacją około 1500 aktywnych wulkanów na całym świecie. Oprócz analizy zdjęć w podczerwieni, opracowuje się także metodę monitorowania za pomocą interferometrii radarowej, która pozwala wykryć wybrzuszenie się stożka wulkanicznego - inny sygnał nadchodzącej erupcji - o zaledwie 3 cm.

• Pomiary gazowe - naukowcy zdali sobie sprawę , że gazy rozpuszczane w magmie dostarczają sily napędowej erupcjom wulkanicznym ale nowe metody pozwoliły na rutynowe pomiary innych typów gazów wulkanicznych uwalnianych do atmosfery. Siarkowy wulkaniczny gaz i widoczna para są zazwyczaj pierwszymi rzeczami jakie rzucają się ludziom odwiedzający czynne wulkany .Wiele innych gazów uchodzi do atmosfery przez gorące fumorole czy otwory termiczne i porowate powierzchnie Ziemi. Gazy ulatniają się ponieważ magma wzrasta w kierunku powierzchni i nawet kiedy stygnie i krystalizuje się pod powierzchnią.

Metody: bezpośrednie pobieranie próbek gazu b badań laboratoryjnych , mierząc stopień emisji gazowych w wulkanicznych chmurach , ciągły monitoring , badanie gleby

• Pomiary geofizyczne - do niedawna większość ostrzeżeń dotyczących spływów popiołowych w doł doliny w kierunku miasta opierało się na analizach pochodzących z kamer wideo albo od obserwatoriach zlokalizowanych wzdłuż doliny jednakże utrzymanie kamer w odległych dolinach i w ekstremalnych warunkach jest bardzo kosztowne a obrazy przybywające z kamer musza być stale kontrolowane. Obserwacji w kilku dolinach przez wydłużenie okresu jest bardzo pomiaru czasochłonne i czasami ostrzeżenia przychodzą za późno albo w ogóle.

Nowa metoda przedstawiona przez naukowców USGS do wykrywania spływów popiołowych jest bardzo niezawodna , wytrzymała i niedroga . Obecnie jest stosowana w Stanach Zjednoczonych , Indonezji, Filipinach , Ekwadorze , Meksyku i Japonii.

Działanie systemu: nowy zautomatyzowany system polega na serii stacji monitorujących przepływ akustyczny ( AFM ) zainstalowanych w dół wulkanu. Każda stacja składa się z sejsmometru ( sensor na rysunku) , który wyczuwa wibracje Ziemi , które następnie są wysyłane do mikroprocesora , który dokonuje rozbioru sygnału. Radio na stacji wysyła i otrzymuje informacje od stacji bazowej , zazwyczaj jest to obserwatorium wulkaniczne.

Bateria słoneczna zasila system. W każdej sekundzie mikroprocesor bada amplitude drgań wykrywanych przez sejsmometr. W regularnych odstępach (zazwyczaj 30 minutowych ) dane są wysyłane do stacji bazowej - w nagłych kiedy wibrowanie przewyższają zaprogramowany próg dłużej (niż 40 sekund) wiadomość jest wysyłana w każdej chwili. Mikroprocesor kontynuuje wysyłanie danych w każdej minucie tak długo jak amplituda utrzymuje się ponad zaprogramowanym progiem.

Reakcja typowego sejsmografu na drgania Ziemi i monitoring przepływów akustycznych.

Do monitoringu przepływów akustycznych jest stosowany sejsmometr czuły na drgania ziemi o wyższej częstotliwości niż typowy sejsmometr nagrywający trzęsienia ziemi i do badania wulkanicznych aktywności. AFM charakteryzuje się częstotliwością rzędu 10-250 HZ podczas gdy częstotliwość typowego sejsmometru odpowiada < 2Hz. Częstotliwość drgań ziemskich wytworzone przez spływ popiołów jest rzędu 30-80Hz podczas gdy częstotliwość drgań generowanych przez trzęsienia ziemi , wstrząsy wulkanów i erupcje wynosi <6Hz . Różnice te pozwalają naukowcom rozróżnić drgania wywołane przez spływ popiołów od innych naturalnych ziemskich wibracji ( rysunek: wykres)

Monitoring geodezyjny - Powierzchnia wulkanów ulega zmianom przed i w czasie erupcji.

Korzysta się z różnych metod monitorowania zmian kształtów i deformacji terenu pod wypływem działalności wulkanicznej , niektóre z tych metod są bardzo proste ale większość deformacji , mogą być jedynie wykryte przez precyzyjne , miernicze techniki , czule instrumenty oraz przez technologie satelitarne. Jakkolwiek metody te mają taki sam cel: wyznaczać zmiany występujące w wulkanach , ostrzegają przed wulkanicznymi erupcjami i pomagają zrozumieć jak działają wulkany.

Wyróżniamy:

• Elektroniczny pomiar odległości EDM - mierząc odległości między reperami

położonymi w odległości od kilkudziesięciu do kilku tysięcy metrów od wulkanu.

Można określić z maksymalną dokładnością gdzie i kiedy magma podniesie się w

kierunku powierzchni. Wzrastająca magma czasami popycha leżące kamienie w góry bądź spycha je na boki. W jednym i drugim przypadku jedna część wulkanu może przesunąć się w kierunku poziomym do innej części . Przesuniecie to może być rzędu kilku milimetrów aż do kilku dziesięciu metrów. Warunkiem mierzenia takich zmian metodą elektronicznego pomiaru odległości jest umieszczenie reperów we właściwych miejscach i wykonywanie częstych pomiarów między sąsiadującymi reperami.

Instrument służący do pomiaru odległości wysyła i odbiera elektromagnetyczne sygnały. Zależnie od odległości pomiędzy instrumentem a reflektorem, częstotliwość powracającego sygnału będzie rozbieżna z przesyłanym sygnałem. Instrument porównuje wysyłany i odbierany sygnał. Istnieje szeroki przedział dokładności i precyzji pomiaru metoda EDM ale przy monitoringu wulkanów typowymi dokładnościami pomiaru dla tej metody jest ( <10 km ) dla wąskiego przedziału i < 50 km dla średniego przedziału. EDM dla <10km wysyła i odbiera prawie widoczną podczerwoną część widma fal elektromagnetycznych przy mierzeniu odległości z dokładnością około 5 m.

• Pochyłomierz libelowy -Pomiary niewielkich zmiany kątowych zbocza albo pochylenie ziemi przy wulkanie jest jedna z najstarszych metod monitorowania odkształceń spowodowanych poruszaniem się magmy. Elektroniczne pochyłomierze stosuje się do ciągłego rejestrowania pochyleń dzięki temu Instrument ten stał się powszechnym używanym do pomiarów deformacji w czasie rzeczywistym.

Co to jest pochyłomierz libelowy: libela znajdująca się w instrumencie mierzy zmiany zachodzące w stoku. Znajdujące się tam elektrody wskazują pozycje pęcherzyka .

Pochyłomierz mierzy pochylenie w mikroradianach . Początkowo zaprojektowane do kierowania i kontroli systemów militarnych . Obecnie pochyłomierze dostępne są dla monitoringu wulkanów i daje inne rozwiązania i inne dokładności. Na przykład wykorzystujemy instrumenty o dokładności 100-10,000 mikroradianów, która zależy od wulkanu i stopnia pochylenia.

• GPS - do niedawna w celu wyznaczenia poziomych przemieszczeń wulkanów czynnych korzystano z metody elektronicznych pomiarów odległości a przy pomiarze pionowych przemieszczeń korzystano z pochyłomierzy li belowych. Nowy globalny system GPS pozwala na wyznaczyć poziome ruchy dużo dokładniej i na dużo korzystniejszych warunkach a także pozwala oszacować pionowe ruchy w tym samym badaniu. Stąd obecnie do pomiaru odkształceń , deformacji pod wpływem działalności wulkanicznej wykorzystujemy GPS.

Zalety stosowanie tej metody to: nie wymaga celowej miedzy reperami a wiec repery mogą znajdować się w każdym miejscu tak długo jak tylko mamy otwarty nieboskłon. Jest to duża zaleta zwłaszcza tam gdzie są strome nachylenia ( Mount Rainer) albo szerokie łagodnie nachylone przy tarczy wulkanu (Mauna Loa) gdzie niemożliwe jest wyznaczenie celowej miedzy reperami. Inną zaletą GPS , że pomiary mogą być wykonywane w każdych warunkach klimatycznych . Poziome i pionowe przemieszczenia mogą być wyznaczane z dokładnością kilku milimetrów ( poziome ) i kilkunastu milimetrów ( pion). Ponad to odbiorniki GPS są przenośne, wymagają jedynie ręcznego ustawienia i mogą one wysyłać dane w czasie rzeczywistym i działać przez kilka miesięcy nieobsługiwane na bateriach i bateriach słonecznych.

• Interferometria radarowa - jest to sprawdzona metoda sporządzania map odkształceń terenu używająca do tego obrazów radarowych z orbit Ziemskich . InSaR znacznie poszerza umiejętności naukowców w dziedzinie monitorowania wulkanów ponieważ w odróżnieniu od innych technik , które opierają się na pomiarach kilku punktów InSAR tworzy przestrzenną mapę deformacji z dokładnością do centymetra . Wyniki otrzymane od InSAR można porównać do innych geodezyjnych metod wliczając GPS . Otrzymane dane pozwalają na stworzenie modelów wulkanicznych miejsc zagrożonych , które z kolei są pomocne w ocenie tymczasowych niebezpieczeństw wulkanicznych.

---