David Pieri sagde: ”En person i USA eller Europa vil ikke blive ramt af en vulkansk eksplosion. Det er næsten ufatteligt. Men de kan have en trussel, når de flyver. ”
Pinatubo-vulkan producerede i 1991 det næststørste vulkanudbrud i det 20. århundrede efter 1912-udbruddet i Novarupta på Alaska-halvøen. Billedkredit: Wikimedia Commons
Vulkaner har været en trussel mod menneskeheden, siden mennesker først vandrede jorden. Og du kan tænke tilbage på, hvordan Pompeji blev fuldstændigt begravet under et udbrud af vulkanen Vesuvius i året 79 A.D. - asken, varm klippe og skadelige, forfærdelige, giftige gasser, der kommer ud af Jorden. Disse ting sker stadig. De kan være meget store, ligesom Pinatubo-udbruddet i 1991, der skubbede aske op i stratosfæren og havde globale effekter på flytrafikken og luftkvaliteten såvel som miljøet lokalt omkring vulkanen.
Vulkaner er store, farlige træk, der manifesterer Jordens indre energi på overfladen. Vi vil vide om dem. I gamle dage ville vulkanologer - geologer, dybest set, der specialiserer sig i vulkaner - operere fra jorden, undertiden fra fly. Og så, med fremkomsten af satellitter og orbital overvågning af Jorden, var det naturligvis naturligt for folk at ønske at se disse udbrud og resultatet af udbrud fra bane.
Islands Eyjafjallajökull-vulkan set fra rummet den 24. marts 2010. I april 2010 lukkede denne vulkan europæiske luftrum i seks dage. Billedkredit: NASA
Islands Eyjafjallajökull-vulkan ses fra jorden ved daggry den 27. marts 2010. Billedkredit: Wikimedia Commons.
Den mission, jeg er på, kaldes ASTER - til avanceret rumbåren termisk emission og reflektionsradiometer. Det er en fælles mission med japanerne. Vi har et antal værktøjer fra kredsløb. Vi kan se på disse store udbrud og se ting på jorden ned til 15 meter overalt. Vulkaner sker ofte i fjerntliggende områder, men vi kan registrere dem og overvåge dem for at forstå, hvor meget materiale de lægger i atmosfæren.
Grundlæggende ser vi på vulkaner fra rummet og prøver at kombinere vores rumobservationer med observationer fra jorden og fra fly.
Hvorfor er vulkaner så farlige for fly?
Små udbrud, der udsætter en lille smule gas eller en lille mængde aske, er normalt ikke farlige for fly, hvis der ikke er en lufthavn tæt på dem. Vi bliver bekymrede, når vi har et stort, eksplosivt udbrud.
Vi tager en Mount St. Helens, en Pinatubo, endnu større end det. De bryder ud med tusinder af kubikmeter i sekundet med enorme mængder materiale, der kommer ud af en vulkan under tryk. Vulkaner presses af gas - for det meste kuldioxid, vanddamp, men også svovldioxid - der kommer ud ved disse enorme udbrud med lodrette opdateringshastigheder på hundreder af meter i sekundet.
Mt. St. Helens svamp sky, 40 miles bred og 15 miles høj. Kameraplacering: Toledo, Washington, 55 mil vest-nordvest for bjerget. Billedet, der er sammensat af ca. 20 separate billeder, er fra 18. maj 1990. Billedkredit: Wikimedia Commons
Disse huler kan nå op til mindst 10.000 meter, hvilket er over 30.000 fod. Pinatubo gik så højt som 150.000 fod, hvis du kan forestille dig det. Typisk forekommer udbruddet eller sprængningen hurtigt, eller det kan opretholdes i minutter eller timer - måske endda dage.
Materialet rejser sig i luften, og de atmosfæriske vinde tager det, især i stratosfæren på omkring 30.000 fod. Desværre er det den mest effektive betjeningshøjde for fly mellem 20.000 og 40.000 fod. Hvis du er uheldig nok til at trænge ind i et fly i et fly, kan du have samtidige fiaskoer med alle motorer. Dette skete et par gange i 1983 med Galunggung-udbruddet i Indonesien. Og så var der udbruddet i Redoubt i 1989. Det er en særlig oprivende sag.
Redoubt-vulkan i Alaska brød ud den 14. december 1989 og fortsatte med at udbrud i over seks måneder. Billedkredit: Wikimedia Commons
Den 15. december 1989 kørte et KLM-fly fra Amsterdam til Tokyo. Og i disse dage var det typisk at foretage et tankstop i Anchorage, Alaska på den rute. Dette fly faldt nordvest for Anchorage Lufthavn til det, der lignede uklarhed. Den vulkanske røg fra vulkanen Redoubt blev forudsagt at være nordøst for vulkanen. Lufthavnen forventede, at skubben var væk fra flyet.
Så piloten faldt ned i det, der lignede et dislag. Hun fik en lugt af svovl i cockpiten, og indså derefter, at hendes motorer svigtede. Grundlæggende flammede fire motorer ud. Hun mistede magten, og flyet begyndte at falde ned. De forsøgte febrilsk at genstarte motorerne. De havde flere motorstarter. Jeg tror, de prøvede syv gange uden held at falde fra 25.000 fod. De fik en motorrelit, og så kom de andre tre online, og de fik motorerne genstartet. De plantede sig ud på cirka 12.000 fod efter cirka halvandet minut. De plantede sig lige over bjergene, omkring 500 meter over terrænet. Der var omkring 285 mennesker om bord. Det var et meget, meget tæt opkald.
Hvad fik motoren til at stoppe?
Der er et par ting, der foregår i jetmotorer, når aske suges ind i dem, især med de nyere motorer, der fungerer ved meget høje temperaturer.
Ask er meget fint funderet rock. Det er meget slibende. Så du får slid i motoren. Det er ikke godt, især med de nyere højtemperaturmotorer. Det kan forstyrre forbrændingsprocessen. Askekoncentrationen kan være høj nok til, at den påvirker brændstofindsprøjtningsmekanismen i motoren. Så motoren holder op med at forbrænde.
Vulkanisk aske på turbineblade
Ovenpå smelter aske på turbinebladene. Hvert turbineblad er som schweizisk ost, fordi motoren konstant tvinger luft gennem turbinebladene for at afkøle dem. Disse klinger er belagt med specielle belægninger og bores også med huller. Og asken kommer ind og flash smelter på bladet. Derefter bliver det afkølet af den afkølende luft og størkner. Du får en keramisk glasur på bladet. Og nu kan klingen ikke køle sig selv.
Så du har to slags farer. Du har den hurtige fare for, at forbrændingen ophører i motoren - så motoren stopper bare. Hvis du har høje askekoncentrationer, sker det.
Men selvom motorerne ikke holder op med at køre, får du disse turbineblade, der nu er tilstoppede og ikke kan køle sig selv. Så siger du 50 eller 100 timer efter hændelsen - og du har måske ikke engang vidst, at du er fløjet igennem aske, hvis det er en meget tynd pude - kunne du have metaltræthed og mulig fejl.
Hvad er løsningen?
Grundlæggende, så meget som muligt, ønsker du at holde fly ude af vulkansk aske. Praksisen har været at vektorfly omkring disse huler, når de forekommer, f.eks. Fra Mt. Cleveland vulkan, Shishaldin vulkan, Redoubt, Augustine. Dette er berømte navne på vulkanologer. Når disse vulkaner bryder ud, har FAA og National Weather Service en tendens til at dirigere flyene rundt om de vulkanske huler og skyer.
Og så er det en temmelig god løsning - en slags nultolerancepolitik.
Puyehue-Cordón Caulle-vulkan set fra rummet. Da denne vulkan i Argentina begyndte at bryde ud i juni 2011, lukkede dens askesky lufthavne så langt væk som Australien. Billedkredit: NASA
Askesky fra Mount Cleveland, Alaska set fra rummet den 23. maj 2006. Mount Cleveland er en anden vulkan, der viser tegn på aktivitet i 2011. Billedkredit: NASA.
Men det fungerer ikke altid. Hvad der skete i Europa i 2010, da Eyjafjallajökull-udbrud satte aske i det europæiske luftrum, havde europæiske luftfartsselskaber ingen steder at gå. Asken kom over større storbyområder i Europa, en stor indtrængen i luftrummet. Så de blev lukket helt ned.
Der var en stor diskussion på det tidspunkt om, hvad sikre niveauer af vulkansk aske virkelig var. De kunne ikke bare rute flyene rundt om asken, selvom de på et tidspunkt forsøgte forsigtigt at flyve med lave niveauer af aske. På det tidspunkt var der en stor diskussion om, hvordan du estimerer mængden af aske i luften, hvor nøjagtige satellitobservationer var, hvad aske virkelig betyder med hensyn til nød-og-bolts flyoperation.
Hvem er ansvarlig for at tage denne slags beslutning?
Den Internationale Civil Luftfartsorganisation og Verdens meteorologiske agenturer har opdelt verden op i ca. 10 zoner. Hver zone har et vulkanisk askerådgivningscenter - hvad der kaldes en VAAC - der er ansvarlig for den zone.
Vi har to i USA, en i Anchorage og en i Washington. I Europa var de to vigtigste, der var involveret i Island-hændelsen London VAAC og Toulouse, Frankrig VAAC.
Lad os indse det, at den gennemsnitlige person, der går rundt i USA eller Europa, ikke kommer til at blive ramt af en vulkansk eksplosion. Det er næsten ufatteligt. Men folk fra USA eller Europa kan blive udsat for en trussel, når de flyver.
Og så i moderne tid er denne fare spredt i sårbart luftrum, som luftfartsselskaberne gerne bruger, og som andre kommercielle luftfartsselskaber og militære luftfartsselskaber også bruger. Vi er nu modtagelige og sårbare i det moderne samfund over for denne omfattende askefare.
Der er over 1.500 vulkaner over hele verden, der anses for at være aktive til enhver tid. Når vi arbejder med Terra-satellitten, er vores job at finde ud af måder til at opdage vulkansk aske, spore den, forudsige, hvor den vil hen, og også at afbøde effekten til fly.
Fortæl os mere om, hvordan instrumenterne på NASAs Terra-satellitovervågning vulkansk aske.
Vi har adskillige dusin vulkanologer, der har erfaring med fjernfølelse såvel som vulkanologi. Jeg er en af dem. Og fra Terra-satellitplatformen har vi tre hovedinstrumenter.
ASTER er det eneste høje rumlige opløsningsinstrument på Terra, der er vigtigt for ændringsdetektion, kalibrering og / eller validering og landoverfladestudier. Billedkredit: Satellite Imaging Corporation
Når du ser ned på Jorden, har du to slags stråling, der kommer ind i instrumentet. Når du ser på noget med dine øjne, ser du lys - energi, der reflekteres fra overfladen ved forskellige bølgelængder - og dit øje og hjerne opfatter det som farve. Så du har det synlige spektrum, og bestemt kan Terra få gode synlige billeder af en vulkan. Hvis vi har en udbrudssøjle, kan vi se den i synlige bølgelængder, og vi kan faktisk tage stereobilleder og oprette et tredimensionelt billede med ASTER.
Og så har vi infrarød kapacitet - ofte dybest set varmestråling, der kommer op fra jordens overflade. Vi tager et antal forskellige bånd, så det ser ud som varme i farve. Grundlæggende tager vi jordens temperatur. Og hvis du har et vulkanudbrud i begyndelsen af udbruddet, kan det være meget varmt. Lavastrømme kaster en masse varme. Så den infrarøde kapacitet med ASTER giver os mulighed for at kortlægge disse varmefunktioner i detaljer.
Vi ser på høj rumlig opløsning så vi f.eks. kan løse topmødekraterne af vulkaner. Vi kan løse individuelle lavastrømme. Vi kan løse områder, hvor vegetation er blevet ødelagt. Vi kan se på ødelæggelsesområder med ASTER. Det er et vigtigt instrument. Det er ikke altid tændt. Vi er faktisk nødt til at planlægge at se på et mål forud for tiden. Det gør det nogle gange til et gætspil.
Et af de andre instrumenter på Terra er Moderate Resolution Imagine Spectrometer (MODIS). Det ser også gennem det synlige nærinfrarøde og termiske infrarøde, men i meget lavere rumlig opløsning, meget af det på ca. 250 meter pr. Pixel. Hvor ASTER kun kan se et område, der er 60 x 60 kilometer på tværs, kan MODIS se på områder tusinder af kilometer på tværs. Og det ser på hele Jorden hver dag. Hvor ASTER får små spaghettistrimler og individuelle frimærker målrettet, er MODIS et meget mere et instrument til undersøgelse-type, der ser store dele af Jorden på én gang. Og i løbet af en dag bygger det op hele dækningen.
Grimsvotn-vulkan i Island set fra rummet. Denne vulkan begyndte at bryde ud i maj 2011. Den forstyrrede flyrejser i Island, Grønland og mange dele af Europa. Billedkredit: NASA
Det tredje instrument er MISR (Multi-angle Imaging SpectroRadiometer). Det har flere lookvinkler, og det kan skabe et synligt og dynamisk tredimensionelt billede - det faktiske syn på udbruddet. Det har flere lookvinkler, når det skrider frem i kredsløb. Det er vigtigt, fordi du kan lave tredimensionelle billeder af de funktioner, du ser på, især luftbårne funktioner. MISR var hovedsageligt designet til at se på aerosoler, der er partikler i atmosfæren, såsom vanddråber og støv. Det er vigtigt for store eksplosive udbrud, der sætter en masse aerosoler ud i atmosfæren.
Det er en miniature-skitse af, hvad vi gør med Terra-satellitten. Det har været ret effektivt, både når man ser på forløbere vulkanske fænomener, såsom hotspots eller nogle af kratrene, der begynder at lyse op muligvis en måned eller to før udbruddet. Plus det ser på resultaterne af udbruddet og andre ting. Terra og dets instrumenter er ikke kun til vulkanologi. Vi ser på forskellige jordoverflader.
Tak, Dr. Pieri. Vil du efterlade os med nogen endelig tanke?
Jo da. Det er, at vulkaner ikke er en one-shot-aftale. Folk har været nødt til at genlære denne lektion siden Pompeji's dage. Den vulkan, der er aktiv i dag, er sandsynligvis den, der var aktiv i går. Vulkaner kan være sjældne i en individuel levetid, men når de sker, er de store og farlige.
I fremtiden vil terra-lignende satellitter - med endnu mere kontinuerlig dækning - blive mere og mere vigtige til at opdage udbrud og forstå de miljømæssige parametre, som vi opererer fly under.
Vores svar nu er forhåbentlig meget mere overvejet og meget mere omfattende end de fattige mennesker i Pompeji, som stod over for udbruddet af Mount Vesuv i 79 A.D.
Gå til ASTER-vulkanarkivet for at se nogle af de data, der er brugt i Dr. Pieris arbejde. Vores tak i dag til NASAs Terra-mission, der hjælper os med bedre at forstå og beskytte vores hjemmeplanet.