ناسا می گوید ، درختان می توانند هشدار اولیه در مورد فوران های آتشفشانی را ارائه دهند

آتشفشانها اغلب قبل از فوران هشدار کمی می دهند ، اما اکنون دانشمندان یک علامت هشدار دهنده اولیه غیر منتظره را کشف کرده اند. این یافته جدید از یک مطالعه مشترک توسط محققان ناسا ، موسسه اسمیتسونیان و دانشگاه های مختلفی است که نشان داده اند تغییر در برگهای درخت می تواند نشانگر افزایش فعالیت آتشفشانی باشد. مهمتر از همه ، ماهواره ها می توانند این تغییرات را نشان دهند ، به طور بالقوه روشی ایمن و مقرون به صرفه برای پیش بینی فوران های آتشفشانی فراهم می کنند.

فوران های آتشفشانی در عمق زیر سطح زمین آغاز می شود ، زیرا ماگما به سمت بالا فشار می آورد. این ماگما قبل از رسیدن به سطح ، گازها ، در درجه اول دی اکسید کربن را آزاد می کند. بر خلاف دی اکسید گوگرد ، که ماهواره ها به راحتی تشخیص می دهند ، دی اکسید کربن آتشفشانی اغلب با جو مخلوط می شود و ردیابی از فضا را سخت می کند. با این حال ، درختان نزدیک آتشفشانها به وضوح به این گاز پاسخ می دهند و سبزتر و سالم تر می شوند.

به گفته آتشفشان ، رابرت بوگو از دانشگاه مک گیل ، انتشار دی اکسید کربن از آتشفشانها به طور مستقیم بر پوشش گیاهی در این نزدیکی تأثیر می گذارد. بوگ توضیح داد: “تمام ایده این است که چیزی را پیدا کنیم که بتوانیم به جای دی اکسید کربن به طور مستقیم اندازه گیری کنیم.”

با جذب دی اکسید کربن آتشفشانی ، درختان روند فتوسنتز خود را تقویت می کنند. این منجر به سبز شدن قابل توجه ، قابل تشخیص از طریق ماهواره ها می شود. محققان از ابزاری به نام شاخص پوشش گیاهی تفاوت عادی (NDVI) استفاده می کنند ، که سلامت برگ را بر اساس نور منعکس شده ضبط شده از ماهواره های مدار مانند Landsat 8 و ESA's Sentinel-2 اندازه گیری می کند.

از نظر تاریخی ، دانشمندان برای اندازه گیری سطح دی اکسید کربن نیاز به بازدید جسمی از آتشفشان ها داشتند ، یک کار خطرناک و پرهزینه ، به ویژه در مناطق دور افتاده. تصویربرداری ماهواره ای این خطرات را از بین می برد. نیکول گین ، یک آتشفشان از دانشگاه هیوستون ، یک مطالعه پیشگامانه در کوه اتنا در ایتالیا انجام داد. تیم وی داده های ماهواره ای را با سنسورهای دی اکسید کربن روی زمین مطابقت داده و ارتباط محکمی بین انتشار دی اکسید کربن بالاتر و برگهای سبزتر پیدا کرده است.

در طول مطالعه خود ، محققان ۱۶ سنبله مجزا را در انتشار دی اکسید کربن مرتبط با حرکات ماگما در زیر کوه اتنا مشاهده کردند. این حرکات با افزایش قابل اندازه گیری در NDVI ارتباط دارد و پتانسیل ماهواره ها را برای پیگیری دقیق فعالیت های آتشفشانی از طریق تغییرات پوشش گیاهی نشان می دهد.

با وجود نتایج امیدوارکننده ، این رویکرد محدودیت هایی دارد. همه آتشفشانها به اندازه کافی درختان اطراف ندارند و عواملی مانند آب و هوا ، آتش سوزی جنگلی یا بیماری های گیاهی می توانند داده های ماهواره ای را مبهم کنند. با این حال ، این روش یک مکمل اساسی برای تکنیک های نظارت سنتی مانند امواج لرزه ای و تغییر شکل زمین ارائه می دهد.

برای تأیید صحت داده های ماهواره ای ، دانشمندان آزمایش های میدانی را در اطراف آتشفشان فعال Rincon de la Vieja در کاستاریکا انجام دادند. جاش فیشر از دانشگاه چاپمن این تلاش ها را انجام داد ، نمونه های برگ را جمع آوری کرد و مستقیماً سطح دی اکسید کربن را در نزدیکی آتشفشان ها اندازه گیری کرد.

تیم فیشر کشف کرد که پاسخ درختان به انتشار دی اکسید کربن آتشفشانی همچنین می تواند به دانشمندان کمک کند پیش بینی کنند که چگونه پوشش گیاهی در سراسر جهان ممکن است نسبت به افزایش آینده دی اکسید کربن جوی واکنش نشان دهد. فیشر اظهار داشت: “ما نه تنها به پاسخ های درختی به عنوان یک هشدار اولیه فوران علاقه مند هستیم ، بلکه در میزان درختان دی اکسید کربن نیز می توانند جذب کنند و بینشی در مورد آینده اکولوژیکی زمین ارائه می دهند.”

در سطح جهان ، تهدیدهای آتشفشانی حدود ۱۰ ٪ از جمعیت را تحت تأثیر قرار می دهد و هشدارهای فوران بهبود یافته را بسیار مهم می کند. روشهای نظارت سنتی ، از جمله سنسورهای در محل ، فقط حدود ۲ ٪ از آتشفشانهای فعال را پوشش می دهند. توانایی ردیابی فعالیت های آتشفشانی از راه دور از طریق تغییرات درخت به این معنی است که دانشمندان می توانند هشدارهای اولیه را به مناطقی که فاقد زیرساخت های نظارت مستقیم هستند ، ارائه دهند.

Florian Schwandner از مرکز تحقیقات Ames ناسا دست اول را دید که هشدارهای اولیه بسیار مهم می تواند باشد. در سال ۲۰۱۷ ، تیم وی سنسورهای دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد را به آتشفشان مایون در فیلیپین اضافه کرد. این سنسورها قبل از فوران بزرگ در ژانویه سال ۲۰۱۸ با اطمینان از تخلیه بیش از ۵۶۰۰۰ نفر ، به تخلیه بیش از ۵۶۰۰۰ نفر کمک کردند و از تلفات جلوگیری کردند.

شوندر تأکید کرد: “هیچ سیگنال منفرد از آتشفشانها یک گلوله نقره ای نیست.” با این حال ، سنجش از راه دور از سبز بودن درخت ابزار قدرتمند دیگری را فراهم می کند. وی افزود: “این واقعاً می تواند بازی را تغییر دهد.”

مطالعات علمی مدتهاست که تأیید کرده است که افزایش دی اکسید کربن باعث رشد گیاه می شود. آزمایش چهره (غنی سازی دی اکسید کربن آزاد) آزمایشات ثابت کرد که گیاهان تحت دی اکسید کربن بالاتر رشد می کنند و باعث افزایش فتوسنتز و محتوای نشاسته برگ می شوند.

نتایج مشابهی از مناطق آتشفشانی ، مانند کوه ماموت در کالیفرنیا و Furnas Caldera در آزورها ، که در آن پوشش گیاهی به وضوح به قرار گرفتن در معرض دی اکسید کربن آتشفشانی پاسخ می دهد ، پدید آمده است.

دانشمندان همچنین دریافتند که دی اکسید کربن آتشفشانی بیش از حد می تواند به درختان آسیب برساند یا از بین ببرد. در سال ۱۹۹۰ ، فوران در ریشه های درختی ماموت با گاز با گاز غنی از دی اکسید کربن ، باعث ایجاد “مناطق کشتار” قابل مشاهده شد. چنین مواردی نشان می دهد که پاسخ درختان به گازهای آتشفشانی به طور قابل توجهی متفاوت است ، و پیچیدگی استفاده از پوشش گیاهی به عنوان یک ابزار نظارت جهانی را برجسته می کند.

Mount Etna به دلیل شبکه نظارت گسترده و انواع جنگل های متنوع از جمله راش و بلوط به عنوان یک زمین آزمایش ایده آل عمل می کند. نظارت مداوم در آنجا روابط مداوم بین انتشار دی اکسید کربن و سلامت درخت را نشان می دهد ، و این امکان را فراهم می کند که این روش سنجش از دور را برای سایر آتشفشانها در سراسر جهان اعمال کند.

در حالی که تحقیقات بیشتری برای پرداختن به چالش های باقیمانده ضروری است ، توانایی نظارت از راه دور فعالیت آتشفشانی از طریق سیگنال های بهداشتی درخت انقلابی است. این یک روش هشدار اولیه مقرون به صرفه ، ایمن و در سطح جهان را فراهم می کند ، که به طور بالقوه جان هزاران نفر را نجات می دهد.

بوگ اذعان داشت: “آتشفشانها بسیار غیرقابل پیش بینی هستند ، اما” درختان ممکن است فقط هشدار مورد نیاز ما را به ما بدهند. “