Visão noturna do vulcão Kilauea, no Havaí, um dos vulcões mais ativos da Terra. Uma equipe liderada pela NASA está estudando vulcões havaianos do ar, solo e espaço para compreender melhor os processos e perigos vulcânicos. Crédito:NASA
O vulcão Kilauea, na ilha do Havaí, é um dos vulcões mais ativos da Terra, atraindo cientistas e turistas de todo o mundo para estudar e testemunhar suas espetaculares exibições da natureza. Este mês, uma equipe científica liderada pela NASA está explorando Kilauea e o vulcão adjacente Mauna Loa do ar, solo e espaço. Seu objetivo:compreender melhor os processos e perigos vulcânicos.
No final de janeiro, cientistas da NASA, o USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO), Parque Nacional dos Vulcões do Havaí, e várias universidades embarcaram em uma campanha de campo de seis semanas para estudar as ligações entre gases vulcânicos / emissões térmicas e saúde e extensão da vegetação; o fluxo de lava dos vulcões; anomalias térmicas; plumas de gás; outros processos vulcânicos ativos; e maneiras de mitigar riscos vulcânicos. A campanha, que também está estudando os recifes de coral do Havaí, fornecerá dados precursores para o conceito de missão de satélite Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI) da NASA para estudar ecossistemas terrestres e perigos naturais, como vulcões, incêndios florestais e secas.
Voando alto para obter informações sobre os vulcões do Havaí
Uma aeronave ER-2 de alta altitude do Armstrong Flight Research Center da NASA, Palmdale, Califórnia, baseado na Base do Corpo de Fuzileiros Navais do Havaí, na ilha de Oahu, é a principal plataforma para a campanha aerotransportada HyspIRI. O ER-2 carrega o espectrômetro de imagem visível e infravermelho aerotransportado (AVIRIS), desenvolvido pelo Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Pasadena, Califórnia; e o Simulador Aerotransportado MODIS-ASTER (MASTER), desenvolvido pelo Ames Research Center da NASA, Moffett Field, Califórnia. Esta semana, uma aeronave Gulfstream III do Johnson Space Center da NASA, Houston, vai aderir à campanha. Ele carregará o instrumento JPL de interferômetro de topografia de geleiras e superfícies terrestres de gelo (GLISTIN), que irá coletar dados de alta resolução para medir mudanças topográficas de novos fluxos de lava do Kilauea.
Dados de espectroscopia de imagem do vulcão Kilauea do Havaí, do espectrômetro Airborne Visible / Infrared Imaging da NASA. O lago de lava de Kilauea (laranja) e a pluma de cinzas (azul claro) são visíveis na parte inferior central. Os dados são usados para estudar a temperatura e as propriedades da lava, e características de cinzas e plumas de gás. Crédito:NASA / JPL-Caltech
"Os dados coletados durante a campanha aerotransportada do HyspIRI irão aprimorar nossa compreensão dos processos vulcânicos no Havaí e em outras partes do mundo, "disse Ben Phillips, liderar a área de foco da Superfície Terrestre e Interior da NASA, Sede da NASA, Washington. "Essas observações podem informar decisões futuras por parte dos responsáveis pela resposta ao perigo do vulcão e das agências reguladoras."
Voando a 65, 000 pés (19, 800 metros), acima de 95 por cento da atmosfera da Terra, o ER-2 pode replicar de perto os dados que um futuro satélite poderia coletar. Os instrumentos a bordo são projetados para medir cuidadosamente a luz solar refletida e a radiação térmica emitida em centenas de canais distintos. Os dados fornecem aos cientistas informações quantitativas e precisas sobre a composição da superfície da Terra, tipos de gases e temperatura. Ao combinar esses dados com medições de validação baseadas no solo, os cientistas podem estudar a atmosfera, processos geológicos e ecológicos para compreender nosso ambiente natural.
O que eles vão estudar?
Vog:o cientista Vincent Realmuto do JPL está usando os dados MASTER e AVIRIS para estudar o vog, a notória poluição do ar vulcânica da ilha do Havaí. Sua equipe está estudando as liberações de calor e gás do Kilauea, mapear a composição e evolução química de suas plumas de gás.
Vista da ilha do Havaí da janela da aeronave ER-2 da NASA. Crédito:NASA
Quando a cúpula do Kilauea foi retomada em erupção em 2008, as emissões de dióxido de enxofre aumentaram dramaticamente. O dióxido de enxofre se converte em aerossol de sulfato para criar vog:uma substância nociva, suspensão corrosiva de dióxido de enxofre e aerossóis finos de sulfato. Comunidades a favor do vento de Kilauea sofrem efeitos adversos. Para ajudar o público a lidar com a vog, o Projeto de Medição e Previsão de Vog (VMAP) da Universidade do Havaí-Manoa (UH) produz previsões de movimento e concentração de vog nas ilhas havaianas. VMAP usa taxas de emissão de dióxido de enxofre medidas por HVO para definir as condições iniciais para a previsão de vog. A precisão das previsões é avaliada comparando-as com as medições da qualidade do ar de uma rede esparsa de estações terrestres.
A equipe de Realmuto está usando dados MASTER para mapear as concentrações de dióxido de enxofre no cume do Kilauea e rastrear as mudanças na concentração com a distância do cume. Os dados do AVIRIS são usados para mapear as concentrações e distribuições espaciais de aerossóis de sulfato a favor do vento do cume. Os dados ajudarão os cientistas a entender melhor a rapidez com que o gás dióxido de enxofre se converte em aerossóis de sulfato, e criar mapas de como as taxas variam de um lugar para outro. Os mapas de gás e aerossol derivados dos dados aéreos serão validados com dados baseados no solo coletados por cientistas do HVO e UH. Os mapas validados serão usados para inicializar as previsões VMAP para avaliar o impacto dos novos produtos de dados em sua precisão.
No futuro, os dados coletados durante uma missão espacial HyspIRI podem contribuir substancialmente para os esforços de monitoramento da qualidade do ar do Havaí. Essas observações serão usadas para estimar as concentrações de dióxido de enxofre e sulfato em uma resolução espacial de cerca de 200 pés (60 metros) em escalas de tempo de horas a dias. "Essas observações oportunas podem ser usadas para rastrear mudanças no comportamento dos vulcões e podem levar os observatórios de vulcões e funcionários da qualidade do ar a aumentar o escrutínio de tais mudanças, "Realmuto disse." A experiência que ganhamos com a campanha aerotransportada HyspIRI nos permitirá fazer uso imediato dos dados de uma missão espacial HyspIRI. "
Links entre vulcões e plantas:o cientista Chad Deering, da Universidade Tecnológica de Michigan, Houghton, está conduzindo uma investigação para detectar mudanças no estado vulcânico usando dados AVIRIS e MASTER para medir remotamente possíveis ligações entre gases vulcânicos e suas emissões térmicas, e a saúde e extensão da vegetação perto dos vulcões. Quando um reservatório de magma raso é reabastecido, pode sinalizar o início de uma erupção de um ativo, mas não em erupção atualmente, vulcão como Mauna Loa, ou mudanças significativas no comportamento em um vulcão em erupção como o Kilauea. O magma ascendente libera gases pela superfície. Detectar e caracterizar essas emissões de gases e seus efeitos indiretos na vegetação pode ajudar os gestores de perigos a detectar melhor mudanças significativas no comportamento vulcânico e monitorar mudanças na localização da atividade.
A aeronave ER-2 da NASA está preparada para voar na Base do Corpo de Fuzileiros Navais do Havaí, na ilha de Oahu. Crédito:NASA
Como gases vulcânicos e aerossóis são transportados:O pesquisador do JPL, David Pieri, está usando instrumentos em pequenas plataformas aéreas não tripuladas (aeronaves não tripuladas de vôo livre e pipas aerostáticas amarradas) para realizar a validação terrestre de dados MASTER e AVIRIS. As aeronaves não tripuladas e pipas são operadas em conjunto com a NASA Ames e a Wallops Flight Facility da NASA, Ilha Wallops, Virgínia. Os instrumentos estão amostrando dióxido de enxofre, dióxido de carbono e aerossóis em Kilauea. Os dados vão melhorar a compreensão de como os gases e aerossóis são transportados na atmosfera e ajudarão a melhorar as estimativas das emissões de gases vulcânicos. A equipe de Pieri também irá adquirir dados simultâneos com o instrumento Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) na espaçonave Terra da NASA para ajudar a desenvolver uma estratégia para estender o conjunto de dados de 15 anos do ASTER de observações de vulcões globais para o futuro.
Maneiras de melhorar as estimativas dos dados térmicos do vulcão:uma equipe liderada pelo pesquisador Michael Ramsey, da Universidade de Pittsburgh, está usando um novo instrumento terrestre para coletar dados infravermelhos térmicos multiespectrais no lago de lava de Kilauea enquanto o ER-2 voa acima. O objetivo é desenvolver uma abordagem para corrigir os dados de infravermelho térmico do satélite HyspIRI em superfícies de alta temperatura para contabilizar a mistura de temperatura e mudanças aparentes na radiação emitida. As correções irão melhorar a precisão das estimativas de produção térmica vulcânica (e incêndio florestal) e mudanças na composição. Ambas as estimativas são normalmente usadas para monitorar a atividade vulcânica em andamento.
Detecção de anomalia térmica:o pesquisador Greg Vaughan do USGS está desenvolvendo um novo algoritmo para detectar e prever distúrbios vulcânicos ou perigos relacionados com base em sinais de calor que os precedem. O algoritmo de alerta previsto será automatizado, capaz de detectar comportamento térmico anômalo na maioria dos vulcões em todo o mundo, e sensível o suficiente para detectar assinaturas de calor relativamente sutis. A nova abordagem, que explora as capacidades previstas da missão do satélite HyspIRI, deve permitir que os cientistas detectem pequenas, anomalias quentes que os sistemas de alerta térmico atuais podem perder. Vaughan irá comparar os dados da campanha aerotransportada do HyspIRI com os dados aerotransportados de alta resolução do próprio HVO. As observações serão combinadas com dados de satélite para gerar séries temporais estendidas para testar e refinar a nova abordagem.
Medindo as mudanças no volume do fluxo de lava:o pesquisador do JPL, Paul Lundgren, está liderando os próximos voos do GLISTIN, que irá coletar dados de topografia de alta resolução sobre fluxos de lava Kilauea ativos para medir as mudanças. Um rastreamento mais preciso das mudanças no volume do fluxo de lava irá melhorar os modelos usados para compreender as características das erupções ativas, como mudanças na taxa de erupção.
"Se implantado em uma crise de vulcão em evolução, GLISTIN pode fornecer medidas importantes de volumes de fluxo de lava ou crescimento de cúpula de lava que não são possíveis com os satélites atuais, "diz Lundgren." Pode ajudar os cientistas a compreender melhor e prever o volume das erupções vulcânicas, bem como o comportamento do vulcão. "