Lưu ý của biên tập viên: Trong loạt bài hàng tuần này, LiveScience khám phá cách công nghệ thúc đẩy khám phá và khám phá khoa học.
Giám sát núi lửa là một hợp đồng khó khăn. Bạn đã biết những gì đang xảy ra - nhưng đến quá gần là một đề xuất chết người.
May mắn thay, công nghệ đã giúp việc theo dõi các ngọn núi magma và tro phun trên toàn cầu trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Phần lớn công nghệ này cho phép các nhà nghiên cứu giữ đường trở lại (thậm chí xem các núi lửa từ không gian) trong khi theo dõi chặt chẽ hoạt động của núi lửa. Một số công nghệ này thậm chí có thể xâm nhập các đỉnh núi lửa có mây, cho phép các nhà nghiên cứu "nhìn thấy" những thay đổi trên mặt đất có thể báo hiệu một vụ phun trào sắp xảy ra hoặc sụp đổ mái nham thạch nguy hiểm.
"Bạn muốn có nhiều nguồn thông tin để tối đa hóa khả năng hiểu những gì đang diễn ra", Geoff Wadge, giám đốc Trung tâm Khoa học Hệ thống Môi trường tại Đại học Reading, Vương quốc Anh, cho biết.
Một công việc gassy
Giám sát các núi lửa từng là vấn đề của việc khởi động trên mặt đất. Tất nhiên, việc thực địa trực tiếp vẫn xảy ra ngày hôm nay, nhưng bây giờ các nhà khoa học có nhiều công cụ hơn để họ theo dõi những thay đổi xung quanh đồng hồ.
Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã có lúc phải đi đến các lỗ thông hơi khí núi lửa, rút ra một chai để thu khí và sau đó gửi chai kín đến phòng thí nghiệm để phân tích. Kỹ thuật đó rất tốn thời gian và nguy hiểm, vì cho rằng một lượng lớn khí núi lửa gây chết người. Giờ đây, các nhà khoa học thường xuyên chuyển sang công nghệ cho những công việc bẩn thỉu này. Chẳng hạn, máy quang phổ tử ngoại đo lượng ánh sáng cực tím từ ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi một ngọn núi lửa. Phép đo này cho phép các nhà nghiên cứu xác định lượng sulfur dioxide trong đám mây.
Một công cụ khác, được sử dụng tại Đài quan sát núi lửa Hawaii từ năm 2004, là máy quang phổ biến đổi Fourier, hoạt động tương tự nhưng sử dụng ánh sáng hồng ngoại thay vì tia cực tím. Và một trong những thủ thuật mới nhất của đài thiên văn kết hợp quang phổ tử ngoại với chụp ảnh kỹ thuật số, sử dụng máy ảnh có thể chụp được nhiều phép đo khí mỗi phút trên hiện trường. Tất cả các thông tin về khí này giúp các nhà nghiên cứu tìm ra có bao nhiêu magma dưới núi lửa và magma đó đang làm gì.
Đo chuyển động
Các kỹ thuật công nghệ cao khác theo dõi chuyển động mặt đất do núi lửa kích hoạt. Sự biến dạng của mặt đất xung quanh một ngọn núi lửa có thể báo hiệu một vụ phun trào sắp xảy ra, cũng như động đất. Đài quan sát núi lửa Hawaii có hơn 60 cảm biến theo dõi hệ thống định vị toàn cầu (GPS) tại các địa điểm núi lửa đang hoạt động của bang. Các cảm biến GPS này không khác nhiều so với các cảm biến trong hệ thống điều hướng trên xe hơi hoặc trong điện thoại của bạn, nhưng chúng nhạy hơn.
Máy đo độ nghiêng, chính xác là những gì chúng nghe giống như, đo cách mặt đất nghiêng trong một khu vực núi lửa, một dấu hiệu nhận biết khác cho thấy một cái gì đó có thể đang khuấy động dưới mặt đất.
Có một mắt trên bầu trời cũng có ích để theo dõi những thay đổi của núi lửa. Hình ảnh vệ tinh có thể tiết lộ những thay đổi độ cao thậm chí phút trên mặt đất. Một kỹ thuật phổ biến, được gọi là radar khẩu độ tổng hợp giao thoa kế (hoặc InSAR), liên quan đến hai hoặc nhiều hình ảnh vệ tinh được chụp từ cùng một vị trí trên quỹ đạo tại các thời điểm khác nhau. Những thay đổi về tốc độ tín hiệu radar của vệ tinh dội ngược trở lại không gian cho thấy sự biến dạng tinh tế trên bề mặt Trái đất. Sử dụng dữ liệu này, các nhà khoa học có thể tạo ra các bản đồ cho thấy những thay đổi trên mặt đất đến từng centimet.
Vệ tinh chỉ vượt qua núi lửa thường xuyên, tuy nhiên, giới hạn lượt xem trong mỗi 10 ngày một cách tốt nhất, Wadge nói với LiveScience. Để bù đắp, các nhà nghiên cứu hiện đang triển khai radar trên mặt đất, tương tự như radar được sử dụng để theo dõi thời tiết, để theo dõi hoạt động của núi lửa. Wadge và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một công cụ, được gọi là cảm biến tưởng tượng địa hình núi lửa mọi thời tiết (ATVIS), sử dụng các sóng có tần số chỉ milimet để xuyên qua các đám mây thường che khuất các đỉnh núi lửa từ tầm nhìn. Với ATVIS, các nhà khoa học có thể "theo dõi" sự hình thành của các khối nham thạch, hoặc dần dần phát triển, trên núi lửa.
"Mái vòm dung nham rất nguy hiểm, vì chúng đổ ra dung nham có độ nhớt cao này trong một đống lớn, và cuối cùng nó sụp đổ. Khi làm như vậy, nó tạo ra dòng chảy pyroclastic", Wadge nói.
Dòng chảy Pyroclastic là một dòng sông và đá nóng chết người, di chuyển nhanh, có thể giết chết hàng ngàn người trong vài phút.
Wadge và các đồng nghiệp của ông đang thử nghiệm ATVIS trên hòn đảo Montserrat hoạt động núi lửa. Kể từ năm 1995, núi lửa Soufriere Hills trên đảo đã định kỳ phun trào.
Các phép đo radar cũng có thể theo dõi dòng dung nham nóng chảy từ không gian, Wadge nói. Mặc dù việc truyền qua vệ tinh chỉ có thể xảy ra vài ngày một lần, các thiết bị radar có thể xác định vị trí xuống một vài feet (1 đến 2 mét). Kết hợp các hình ảnh được chụp từ không gian của dòng dung nham di chuyển chậm có thể tiết lộ một chuỗi "kiểu phim" về cách dòng chảy đang tiến lên, Wadge nói.
Công nghệ tiên tiến
Càng ngày, các nhà khoa học càng chuyển sang sử dụng máy bay không người lái để đến gần một ngọn núi lửa trong khi giữ cho con người tránh khỏi sự tổn hại. Vào tháng 3 năm 2013, NASA đã bay 10 nhiệm vụ máy bay không người lái điều khiển từ xa vào ngọn núi lửa Turrialba của Costa Rica. Máy bay không người lái nặng 5 pound (2,2 kg) mang theo máy quay video trong cả ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại, cảm biến lưu huỳnh điôxit, cảm biến hạt và chai lấy mẫu không khí. Mục tiêu là sử dụng dữ liệu từ khối để cải thiện dự đoán của máy tính về các mối nguy núi lửa như "vog" hoặc khói bụi núi lửa độc hại.
Đôi khi, công nghệ thậm chí có thể bắt một vụ phun trào mà không ai có thể nhận thấy khác. Vào tháng Năm, núi lửa Cleveland từ xa của Alaska đã thổi bay đỉnh của nó. Núi lửa nằm trên quần đảo Aleut, xa đến nỗi không có mạng lưới địa chấn giám sát các vụ nổ. Nhưng các vụ phun trào có thể làm gián đoạn việc di chuyển bằng đường hàng không, vì vậy điều quan trọng là các nhà nghiên cứu phải biết khi nào vụ nổ xảy ra. Để theo dõi núi lửa Cleveland bận rộn, các nhà khoa học tại Đài quan sát Núi lửa Alaska sử dụng siêu âm để phát hiện tiếng ầm ầm tần số thấp dưới phạm vi nghe của con người. Vào ngày 4 tháng 5, kỹ thuật này cho phép các nhà khoa học phát hiện ba vụ nổ từ núi lửa không ngừng nghỉ.
Trong một trường hợp phát hiện núi lửa từ xa, vào tháng Tám năm 2012, một chiếc tàu trong Hải quân Hoàng gia New Zealand thông báo một hòn đảo nổi của đá bọt rộng 300 dặm (482 km) dài ở phía Nam Thái Bình Dương. Nguồn gốc của đá bọt có thể vẫn còn là một bí ẩn, nhưng nhà nghiên cứu núi lửa Erik Klemetti của Đại học Denison và nhà tạo hình của NASA Robert Simmon đã tìm kiếm nguồn gốc. Hai nhà khoa học đã tìm kiếm nhiều tháng ảnh vệ tinh từ các vệ tinh Terra và Aqua của NASA và tìm thấy gợi ý đầu tiên về một vụ phun trào: nước xám tro và một ngọn núi lửa tại một ngọn núi lửa dưới nước có tên là Havre Seamount vào ngày 19 tháng 7 năm 2012.
"Nếu bạn không biết tìm ở đâu, bạn sẽ bỏ lỡ nó", Klemetti nói với LiveScience. Hình ảnh vệ tinh, cùng với những tiến bộ công nghệ khác, đã cho phép các nhà nghiên cứu núi lửa phát hiện nhiều vụ phun trào hơn bao giờ hết, ông nói.
"Quay trở lại 25 năm trước, có rất nhiều nơi mà chúng tôi sẽ không có bất kỳ manh mối nào về vụ phun trào xảy ra", Klemetti nói.
