气体排放是发生在火山表面下的活动的一种表现,测量它们提供了对不能从表面观察到的东西的宝贵见解。这些信息对于监测危害和预测未来的爆发是至关重要的。自2000年代中期以来,紫外线SO2相机已成为测量排放的重要工具。
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然而,这些测量活动需要用户在场,使得二氧化硫相机不适合获取长期数据集。此外,建造和操作这种类型的相机的成本可以达到20000美元,导致永久性安装的相机实际上非常少。
为了获得更好的长期监测数据,一个国际研究小组已经开发了一个SO2相机,以持续测量火山的排放率。他们现在已经在《地球科学前沿》上发表了一篇关于相机设计和两个初始数据集的文章。
夜间拍摄的Kīlauea熔岩湖,其相对大量的气体排放清晰可见。
"我们的仪器使用的传感器与智能手机的相机传感器没有什么不同。谢菲尔德大学的研究员、该研究的主要作者托马斯-威尔克斯博士说:"它被修改过,使其对紫外线敏感,因此能够检测二氧化硫。
成本更低,耗电量更少
与以前的模型相比,研究人员的SO2相机明显便宜,而且耗电更少。新设计的标价约为5000美元,将制造相机所需的零件成本降低到以前型号的约四分之一。
"只要有可能,我们也会3D打印部件,以尽可能地降低成本,"威尔克斯解释说。"我们还引入了一个用户友好的免费软件,用于控制仪器并以强大的方式处理获得的数据"。廉价和用户友好使更多的火山学家可以使用该相机,否则他们可能无法获得包含准确气体排放率的数据集。
安装在智利拉斯卡火山上的SO2相机。摄像机被安置在一个保护性的金属外壳内,其中还放置了为仪器供电的电池;一个用于电池充电的太阳能电池板位于盒子的左边。
此外,该系统的耗电量很低,平均为3.75瓦特。这大约是以前提出的系统所需功率的一半。研究人员写道,在没有什么太阳能可供利用的地方,这将是特别有益的。他们的相机在更少或更小的太阳能电池板或电池上运行,进一步降低了整体成本。
虽然有其他仪器可以测量火山排放,但"SO2相机可以提供更高的时间和空间分辨率的数据,在永久安装后可以促进新的火山学研究,"威尔克斯说。
īlauea火山的SO2相机安装团队(从左到右: Christoph Kern博士(美国地质调查局),Patricia Nadeau博士(美国地质调查局),Tom Pering博士(谢菲尔德大学))。
来自智利和夏威夷的数据
威尔克斯和他的团队还展示了两组初步数据,分别来自智利的地层火山Lascar和夏威夷大岛上的盾状火山Kilauea,他们的相机正在那里持续工作。
威尔克斯说:"在此之前,只有三座火山上安装了永久性的二氧化硫相机。已经进行了离散的现场活动,虽然它们对于一系列研究问题来说是非常有价值的,但是能够连续测量火山活动是非常重要的,因为它可以从几分钟到几十年到几个世纪甚至更久的时间里有很大的变化。"
尽管成本效益高且易于使用,研究人员指出了二氧化硫相机的一些局限性,威尔克斯说:"它们取决于气象条件,在晴朗的蓝天下,当火山气体羽流以90度角移动到摄像机的观察方向时,它们的工作效果最好。"