Διαδικασίες παρακολούθησης, κατανόησης και πρόβλεψης των φαινομένων...
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος: Διαδικασίες παρακολούθησης, κατανόησης και πρόβλεψης των φαινομένων σχετικών με τα ηφαίστεια, μέσω της τηλεπισκόπισης
Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing of volcanoes and volcanic processes: integrating observation and modelling – introduction
Συγγραφείς: DAVID M. PYLE*, TAMSIN A. MATHER & JULIET BIGGS
Δημοσιεύθηκε: Geological Society, London, Special Publications, 380, 1–13, First published online September 25, 2013
Πηγή: https://cutt.ly/JSxI633
ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η τηλεπισκόπιση χρησιμοποιείται και μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκτενέστερα με νέες τεχνολογίες για παρακολούθηση και ενημέρωση σχετικά με την ηφαιστειακή δραστηριότητα, όπου αυτή υπάρχει ανά τον κόσμο. Η συγκεκριμένη εργασία εστιάζει κυρίως σε αυτές αλλά εμβαθύνει και στη διαδικασία με την οποία μεταβαίνουμε από απλές εικόνες σε βαθύτερη κατανόηση του τι ακριβώς συμβαίνει στην περιοχή παρακολούθησης.
ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ
Η εξ’ αποστάσεως παρακολούθηση των ηφαιστείων, έχει εξελιχθεί τεχνολογικά τις τελευταίες δεκαετίες μέσω εργαλείων που λειτουργούν σε μήκη κύματος από υπεριώδες έως και μικροκύματα, όπως βλέπουμε στην εικόνα 1. Έτσι υπάρχει πλέον η δυνατότητα μετρήσεων -και μάλιστα σε πραγματικό χρόνο- αλλαγών στο έδαφος (κατολισθήσεις κ.α.), έκλυσης αερίων (πιθανόν επικίνδυνων) και μετρήσεις θερμότητας στο υπέρυθρο φάσμα. Συγκεκριμένα για την παραμόρφωση αλλά και γενικότερα την απεικόνιση του εδάφους, από τη δεκαετία του 90’ χρησιμοποιείται η τεχνική inSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) που ουσιαστικά υλοποιεί γεωδαισία μέσω εικόνων διαφόρων φάσεων από ραντάρ, και επιτρέπει ακρίβεια εκατοστού. Είναι κρίσιμης σημασίας καθώς αντικατέστησε την ανάγκη φυσικής παρουσίας στην περιοχή μελέτης που σε αρκετές περιπτώσεις είναι επικίνδυνη (περιοχές ενεργής ηφαιστειακής δραστηριότητας) αλλά και χρονοβόρα. Η τεχνολογία παρακολούθησης ενεργών ηφαιστείων (και όχι μόνο) μέσω καναλιών υπέρυθρου φάσματος γνωστή ως TM(Thematic Mapper), καθιερώθηκε τη δεκαετία του 80’, σε μία προσπάθεια να αυτοματοποιηθούν οι διαδικασίες ανίχνευσης σχετικών κινδύνων(έκρηξη, σεισμοί, ροές λάβας, διάχυση επικίνδυνων αερίων κ.α.). Ουκ ολίγες είναι οι εφαρμογές που εδραιώθηκαν από τότε για την μέτρηση έκλυσης επικίνδυνων αερίων και ηφαιστειακής στάχτης, αρχής γενομένης με τη μέτρηση διοξειδίου του θείου από τον TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer).
Η μοντελοποίηση των δεδομένων που λαμβάνονται παίζει επίσης πολύ σημαντικό ρόλο στην επιβεβαίωση της ορθότητάς τους. Μοντέλα τέτοιου τύπου δημιουργούνται και εφαρμόζονται στις 3 ακόλουθες κατηγορίες:
- Έλεγχος ορθότητας λαμβανόμενων δεδομένων. Για παράδειγμα, δεδομένα μετρήσεων αερίων, υπάρχει πιθανότητα να παραποιηθούν εξαιτίας συστατικών της ατμόσφαιρας κατά την αποστολή τους μέσω αυτής.
- Μαθηματική μοντελοποίηση των διαδικασιών που οδηγούν στο αποτέλεσμα που βλέπουμε σε κάθε εικόνα. Για παράδειγμα η παραμόρφωση του εδάφους ακολουθεί γενικά απλούστερη σχηματική ανακατάταξη στον χώρο που μπορεί να προβλεφθεί με σχετικά εύκολα μοντέλα. Από την άλλη όμως η διαδικασία ανόδου και γενικότερα η πορεία του μάγματος υπό το έδαφος απαιτεί βαθύτερης ανάλυσης και πολυπλοκότητας μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων. Βασικός στόχος σε αυτή την κατηγορία είναι να μεταβούμε από την απλή παρακολούθηση και κατανόηση της κινηματικής που παρατηρείται σε έναν χώρο από απόσταση, στη βαθύτερη κατανόηση των τεράστιων κινητήριων δυνάμεων της ηφαιστειακής δραστηριότητας και εν τέλει στην εύρεση κοινών, σε όλα τα ηφαιστειακά συστήματα, σημείων και μοτίβων που θα δώσουν τη δυνατότητα έγκαιρης και βάσιμης πρόβλεψης και προειδοποίησης κινδύνου.
- Μοντελοποίηση επίσης χρησιμοποιείται για προβλέψεις σε πραγματικό χρόνο, όπως για παράδειγμα οι ηφαιστειακές κατολισθήσεις που σε συνδυασμό με τη δημιουργία χειμάρρων οδηγούν σε ένα συνονθύλευμα μπάζων λάσπης και φυσικών πόρων (χώμα δέντρα κ.α.) -στα αγγλικά “lahar”- και συγκαταλέγεται στις καταστροφικότερες συνέπειες έκρηξης ηφαιστείων, για το σύνολο του οικοσυστήματος. Η πιθανή τοποθεσία εμφάνισης καθώς και η πορεία τέτοιων φαινομένων μπορεί να προβλεφθεί με τη βοήθεια της τηλεπισκόπισης. Μάλιστα η συμβολή της μοντελοποίησης σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να αποβεί σωτήρια όταν στην περιοχή μελέτης δεν υπάρχει προηγούμενο αρχείο συμβάντος. Εξίσου σημαντικό λοιπόν μετά από κάθε τέτοιο συμβάν είναι αυτό να καταγραφεί σε βάσεις δεδομένων προηγούμενης δραστηριότητας της περιοχής ώστε να υπάρχει η δυνατότητα να χρησιμοποιηθεί σε επόμενα. Παρεμφερή (μαθηματικά) μοντέλα χρησιμοποιούνται κυρίως σε πραγματικό χρόνο για την πρόβλεψη πορείας των αερίων ή της στάχτης, αφενός για την προειδοποίηση του απειλούμενου πληθυσμού και αφετέρου για την αποφυγή διακοπής της αέριας κυκλοφορίας.
Η αποτύπωση της παραμόρφωσης της επιφάνειας, όπως βλέπουμε στην εικόνα 2, μπορεί να διαφέρει χρονικά και χωρικά ανάλογα με την αιτία που την προκαλεί. Για παράδειγμα η μεταφορά μάγματος ή η ανάπτυξη ενός θόλου λάβας (Lava dome) είναι διαδικασίες που ολοκληρώνονται σύντομα, ενώ, η πήξη του μάγματος ολοκληρώνεται σε μεγαλύτερο χρονοδιάγραμμα. Η αποτύπωση θερμότητας στις επιφάνειες, μέσω του υπέρυθρου φάσματος (Thermal infrared radar, TIR), έχει χρησιμοποιηθεί και χρησιμοποιείται ευρέως πλέον για την παρακολούθηση και πρόβλεψη της ηφαιστειακής δραστηριότητας, συνδυαζόμενη μάλιστα με μετρήσεις από σεισμικούς τομογράφους, ηχητικά δεδομένα, και δεδομένα παραμόρφωσης εδάφους. Τελικά το 2013 παρουσιάστηκε μοντέλο, που ξέφευγε από τα εμπειρικά πρότυπα αναγνώρισης, σε ρεαλιστικές προβλέψεις βασισμένες σε φυσικά φαινόμενα και ανάλυση των υπόγειων δυνάμεων. Η εξ΄ αποστάσεως μέτρηση της ακτινοβολίας(remote radiant power measurement, RP), παρέχει αρκετά δεδομένα για την κατάσταση ενός ηφαιστείου, μπορεί να δίνει και κάποια λανθασμένα αποτελέσματα λόγω παρεμβολών της ατμόσφαιρας ή ευαισθησίας των μηχανημάτων. Μεταξύ του 2000 και 2010 μία σειρά ερευνών σε 150 ηφαίστεια έδειξε ότι ανωμαλίες θερμικής φύσης, βρίσκονταν όχι μόνο σε περιοχές όπου ήταν αναμενόμενες(πχ προηγούμενης δραστηριότητας), αλλά και σε άλλες μη καταγεγραμμένης δραστηριότητας, ή ακόμα και αγνώστου προέλευσης.Πρόβλεψη έκρηξης ηφαιστείου μπορεί να εξαχθεί από ενδείξεις, μεγαλύτερης από το κανονικό, κινητικότητας της λάβας σε μια τέτοια περιοχή. Μάλιστα αυτό απεδείχθη σε έρευνα που περιείχε αναλύσεις δεδομένων πριν την έκρηξη ενός ηφαιστείου σε 19 περιπτώσεις στην περίοδο 1993-2008. Εξίσου σημαντικό είναι να γνωρίζουμε σε βάθος τους φυσικούς μηχανισμούς που διέπουν τέτοια φαινόμενα. Για παράδειγμα η έκρηξη ενός θόλου λάβας θεωρείται από τα πιο καταστροφικά φαινόμενα, και έχει εξεταστεί σε βάθος στο ηφαίστειο “volcan de Colima” του Μεξικού, με τη βοήθεια ψηφιακών φωτογραφιών υψηλής ανάλυσης και υπέρυθρου φάσματος.
Ένας άλλος τομέας στον οποίο έχει αποδειχθεί βοηθητική η τηλεπισκόπιση είναι η παρακολούθηση και πρόληψη ενάντια σε ηφαιστειακά παράγωγα όπως η στάχτη και τα επικίνδυνα αέρια, που μπορούν να αποδειχθούν μοιραία για την υγεία και την οικονομία παγκοσμίως, όπως έγινε το 2010 με το Eyjafjallajοkull της Ισλανδίας. Εκτός από το διοξείδιο του θείου (SO2) και τη στάχτη, των οποίων η μέτρηση είναι θέμα ρουτίνας, γίνεται προσπάθεια να μετρηθούν και άλλα αέρια όπως το οξείδιο του βρωμίου(BrO), ή αέρια του θερμοκηπίου όπως διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και μεθάνιο(CH4), από άλλους δορυφόρους. Σημαντικό επίσης είναι να μετρηθούν και εκπομπές διοξειδίου του θείου από ηφαιστειακή δραστηριότητα σε ήρεμη κατάσταση, που αν και μικρότερες σε ποσότητα σε σχέση με την έκλυσή τους σε μία έκρηξη, τελικά αποδεικνύονται πολλές φορές, μακροπρόθεσμα, ισόποσες λόγω της συνεχούς τους εκπομπής. Εκτός αυτού η μέτρησή τους δίνει σημαντικά στοιχεία για την κατάσταση ενός ηφαιστείου στο πέρασμα του χρόνου. Η διάθλαση της εκτινασσόμενης τέφρας, η διάμετρος της στήλης της, η πυκνότητα και τα βάθος της, είναι μερικά από τα μεγέθη για τα οποία δημιουργούνται συνεχώς νέες μέθοδοι μέτρησης. Με πολλές εφαρμογές ανά τον κόσμο δε θα μπορούσε να λείπει από τη μάχη η τεχνολογία των UAV(unmanned aerial vehicles), που χρησιμοποιούνται σε ελέγχους και παρακολουθήσεις περιοχών δύσβατων και άκρως επικίνδυνων, λόγω ηφαιστειακής δραστηριότητας, για τους ανθρώπους.
