El volcán Kilauea en la isla de Hawái es uno de los volcanes más activos de la Tierra, atrayendo a científicos y turistas de todo el mundo para estudiar y presenciar sus espectaculares exhibiciones de la naturaleza. Este mes, un equipo científico dirigido por la NASA está explorando Kilauea y el volcán adyacente Mauna Loa desde el aire, suelo y espacio. Su objetivo:comprender mejor los procesos y peligros volcánicos.

A finales de enero científicos de la NASA, el Observatorio del Volcán Hawaiano del USGS (HVO), Parque Nacional de los Volcanes de Hawaii, y varias universidades se embarcaron en una campaña de campo de seis semanas para estudiar los vínculos entre los gases volcánicos / emisiones térmicas y la salud y extensión de la vegetación; el flujo de lava de los volcanes; anomalías térmicas; penachos de gas; otros procesos volcánicos activos; y formas de mitigar los peligros volcánicos. La campaña, que también está estudiando los arrecifes de coral de Hawái, proporcionará datos precursores para el concepto de misión del satélite Hyperspectral Infrared Imager (HyspIRI) de la NASA para estudiar los ecosistemas de la Tierra y los peligros naturales como los volcanes, incendios forestales y sequías.

Volar alto para conocer los volcanes de Hawái

Un avión ER-2 de gran altitud del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, Palmdale, California, con base en Marine Corps Base Hawaii en la isla de Oahu, es la plataforma principal de la campaña aerotransportada HyspIRI. El ER-2 lleva el espectrómetro de imágenes infrarrojas y visibles en el aire (AVIRIS), desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California; y el Simulador Aerotransportado MODIS-ASTER (MASTER), desarrollado por el Centro de Investigación Ames de la NASA, Campo Moffett, California. Esta semana, un avión Gulfstream III del Centro Espacial Johnson de la NASA, Houston, se unirá a la campaña. Llevará el instrumento de interferómetro de topografía de superficie de hielo terrestre y glaciar (GLISTIN) de JPL, que recopilará datos de alta resolución para medir los cambios topográficos de los nuevos flujos de lava del Kilauea.

"Los datos recopilados durante la campaña aerotransportada HyspIRI mejorarán nuestra comprensión de los procesos volcánicos en Hawái y en otras partes del mundo, "dijo Ben Phillips, líder para el área de enfoque de la superficie terrestre e interior de la NASA, Sede de la NASA, Washington. "Tales observaciones pueden informar las decisiones futuras de los respondedores de peligros volcánicos y las agencias reguladoras".

Volando a los 65 000 pies (19, 800 metros), por encima del 95 por ciento de la atmósfera terrestre, el ER-2 puede replicar fielmente los datos que podría recopilar un futuro satélite. Los instrumentos a bordo están diseñados para medir cuidadosamente la luz solar reflejada y la radiación térmica emitida en cientos de canales distintos. Los datos brindan a los científicos información cuantitativa y precisa sobre la composición de la superficie de la Tierra, tipos de gases y temperatura. Al combinar estos datos con mediciones de validación en tierra, los científicos pueden estudiar la atmósfera, Procesos geológicos y ecológicos para comprender nuestro entorno natural.

¿Qué estudiarán?

Vog:Vincent Realmuto, científico del JPL, está utilizando datos MASTER y AVIRIS para estudiar vog, la notoria contaminación volcánica del aire de la isla de Hawái. Su equipo está estudiando las emisiones de calor y gas de Kilauea, cartografiar la composición y la evolución química de sus columnas de gas.

Cuando la cumbre del Kilauea reanudó su erupción en 2008, Las emisiones de dióxido de azufre aumentaron drásticamente. El dióxido de azufre se convierte en aerosol de sulfato para crear vog:un nocivo, suspensión corrosiva de dióxido de azufre y aerosoles finos de sulfato. Las comunidades a sotavento del Kilauea sufren efectos adversos. Para ayudar al público a lidiar con la moda, el Proyecto de Medición y Predicción de Vog (VMAP) de la Universidad de Hawaii-Manoa (UH) produce pronósticos del movimiento y la concentración de Vog en las Islas Hawaianas. VMAP utiliza tasas de emisión de dióxido de azufre medidas por HVO para establecer las condiciones iniciales para el pronóstico de vog. La precisión de los pronósticos se evalúa comparándolos con las mediciones de la calidad del aire de una red dispersa de estaciones terrestres.

El equipo de Realmuto está utilizando datos MASTER para mapear las concentraciones de dióxido de azufre en la cumbre del Kilauea y rastrear los cambios en la concentración con la distancia desde la cumbre. Los datos de AVIRIS se utilizan para mapear concentraciones y distribuciones espaciales de aerosoles de sulfato a sotavento de la cumbre. Los datos ayudarán a los científicos a comprender mejor la rapidez con la que el gas de dióxido de azufre se convierte en aerosoles de sulfato. y crear mapas de cómo varían las tarifas de un lugar a otro. Los mapas de gases y aerosoles derivados de los datos aéreos serán validados con datos terrestres recopilados por científicos de HVO y UH. Los mapas validados se utilizarán para inicializar los pronósticos VMAP para evaluar el impacto de los nuevos productos de datos en su precisión.

En el futuro, Los datos recopilados durante una misión espacial HyspIRI pueden contribuir sustancialmente a los esfuerzos de monitoreo de la calidad del aire en Hawái. Estas observaciones se utilizarán para estimar las concentraciones de dióxido de azufre y sulfato a una resolución espacial de aproximadamente 200 pies (60 metros) en escalas de tiempo de horas a días. "Estas observaciones oportunas pueden usarse para rastrear cambios en el comportamiento de los volcanes y pueden llevar a los observatorios de volcanes y a los funcionarios de calidad del aire a aumentar su escrutinio de tales cambios, ", Dijo Realmuto." La experiencia que obtenemos de la campaña aerotransportada HyspIRI nos permitirá hacer un uso inmediato de los datos de una misión HyspIRI espacial ".

Vínculos entre volcanes y plantas:científico Chad Deering de la Universidad Tecnológica de Michigan, Houghton, está liderando una investigación para detectar cambios en el estado volcánico mediante el uso de datos AVIRIS y MASTER para medir de forma remota los posibles vínculos entre los gases volcánicos y sus emisiones térmicas, y la salud y extensión de la vegetación cerca de los volcanes. Cuando se repone un depósito de magma poco profundo, puede indicar el inicio de una erupción de un activo, pero no en erupción actualmente, volcán como Mauna Loa, o cambios significativos en el comportamiento en un volcán en erupción como el Kilauea. El magma ascendente libera gases a través de la superficie. La detección y caracterización de estas emisiones de gas y sus efectos indirectos sobre la vegetación pueden ayudar a los administradores de peligros a detectar mejor los cambios significativos en el comportamiento volcánico y monitorear los cambios en la ubicación de la actividad.

Cómo se transportan los gases y aerosoles volcánicos:el investigador del JPL, David Pieri, está utilizando instrumentos en pequeñas plataformas aéreas no tripuladas (aviones no tripulados de vuelo libre y cometas aerostato atadas) para realizar la validación en tierra de los datos MASTER y AVIRIS. Los aviones no tripulados y las cometas se operan en conjunto con la NASA Ames y la instalación de vuelo Wallops de la NASA. Isla Wallops, Virginia. Los instrumentos están tomando muestras de dióxido de azufre, dióxido de carbono y aerosoles en Kilauea. Los datos mejorarán la comprensión de cómo se transportan los gases y aerosoles en la atmósfera y ayudarán a mejorar las estimaciones de las emisiones de gases volcánicos. El equipo de Pieri también adquirirá datos simultáneos con el instrumento Radiómetro de reflexión y emisión térmica espacial avanzado (ASTER) en la nave espacial Terra de la NASA para ayudar a desarrollar una estrategia para extender el conjunto de datos de 15 años de ASTER de observaciones globales de volcanes en el futuro.

Formas de mejorar las estimaciones de los datos térmicos del volcán:un equipo dirigido por el investigador Michael Ramsey de la Universidad de Pittsburgh está utilizando un nuevo instrumento terrestre para recopilar datos infrarrojos térmicos multiespectrales en el lago de lava de Kilauea mientras el ER-2 sobrevuela. El objetivo es desarrollar un enfoque para corregir los datos infrarrojos térmicos del satélite HyspIRI en superficies de alta temperatura para tener en cuenta la mezcla de temperatura y los cambios aparentes en la radiación emitida. Las correcciones mejorarán la precisión de las estimaciones de la producción térmica volcánica (y de incendios forestales) y los cambios en la composición. Ambas estimaciones se utilizan normalmente para monitorear la actividad volcánica en curso.

Detección de anomalías térmicas:el investigador del USGS, Greg Vaughan, está desarrollando un nuevo algoritmo para detectar y pronosticar disturbios volcánicos o peligros relacionados en función de las señales de calor que los preceden. El algoritmo de alerta previsto se automatizará, capaz de detectar comportamientos térmicos anómalos en la mayoría de los volcanes en todo el mundo, y lo suficientemente sensible como para detectar firmas de calor relativamente sutiles. El nuevo enfoque que explota las capacidades previstas de la misión del satélite HyspIRI, debería permitir a los científicos detectar pequeños anomalías cálidas que los sistemas de alerta térmica actuales pueden pasar por alto. Vaughan comparará los datos de la campaña aérea de HyspIRI con los datos de alta resolución de HVO. Las observaciones se fusionarán con datos satelitales para generar series de tiempo extendidas para probar y refinar el nuevo enfoque.

Medición de cambios en el volumen del flujo de lava:el investigador del JPL Paul Lundgren lidera los próximos vuelos de GLISTIN, que recopilará datos topográficos de alta resolución sobre los flujos de lava activos de Kilauea para medir los cambios. Un seguimiento más preciso de los cambios en el volumen del flujo de lava mejorará los modelos utilizados para comprender las características de las erupciones activas. como cambios en la tasa de erupción.

"Si se despliega en una crisis volcánica en evolución, GLISTIN podría proporcionar medidas importantes de los volúmenes de flujo de lava o el crecimiento del domo de lava que no son posibles con los satélites actuales. ", dice Lundgren." Puede ayudar a los científicos a comprender y predecir mejor el volumen de las erupciones volcánicas, así como el comportamiento de los volcanes ".