Учёные из Технического университета Мюнхена (TUM) разработали систему, которая позволяет точно измерять концентрацию вулканических газов с помощью дрона и лазера. Метод даёт погрешность всего около 5% и может стать важным инструментом для более раннего предупреждения об извержениях.
Когда магма поднимается к поверхности, давление падает, и вулкан начинает активно выделять углекислый газ (CO₂) и диоксид серы (SO₂). Соотношение этих газов меняется в зависимости от глубины, на которой находится магма. Резкий рост содержания CO₂ с последующим падением часто служит сигналом, что извержение может произойти в ближайшее время.
Проблема в том, что измерять эти газы сложно и опасно. Наземные датчики сильно искажают картину из-за фоновых выбросов почвы и растительности. А если запускать чувствительные приборы прямо в облако серы и пара, оборудование быстро выходит из строя. Обычные дроны тоже создают трудности: поток воздуха от винтов перемешивает и разбавляет газовый шлейф.
Как работает новая система
Исследователи из Института робототехники MIRMI при TUM предложили элегантное решение. Наземная станция автоматически следит за дроном, который летает на расстоянии до 60 метров, и направляет через газовое облако лазерный луч. Луч попадает на отражатель, установленный на самом дроне.
Углекислый газ поглощает свет определённой длины волны, поэтому луч немного ослабевает, проходя сквозь облако. Дрон по заранее заданной сетке облетает область примерно за 15 минут и собирает до 3000 измерений. Специальный алгоритм с учётом данных о ветре превращает эти данные в трёхмерную томографическую карту распределения газов.
Систему испытали на острове Вулькано у побережья Сицилии. Крупных извержений здесь не было с конца XIX века, но вулкан остаётся активным и постоянно выделяет газы, поэтому он идеально подходит для тестов.
Безопасность и точность
Главное преимущество метода — люди и чувствительная электроника остаются в стороне от агрессивных выбросов. При этом точность измерений достигает примерно 5%.
«Наша цель — автоматизировать процессы измерения и картирования, а интерпретацию данных поручить искусственному интеллекту», — отметил профессор Ахим Лилиенталь (Achim Lilienthal), заместитель директора Института робототехники MIRMI.
Каждый вулкан имеет свой «газовый отпечаток». От Этны до Флегрейских полей под Неаполем понимание этих особенностей критически важно для оценки опасности. Новая система позволяет получать более чистые и подробные данные, не подвергая риску ни людей, ни оборудование.
Пока технология проходит испытания, но уже сейчас она показывает, как сочетание дронов, лазеров и алгоритмов может сделать мониторинг вулканов заметно безопаснее и точнее.
