Simon Carn misura le emissioni di gas dal Monte Yasur nella nazione insulare di Vanuatu nel 2014. Credito:Simon Carn
Alla fine del mese scorso, uno stratovulcano a Bali chiamato Mount Agung iniziò a fumare. Piccoli terremoti tremavano sotto la montagna. Da allora i funzionari hanno evacuato migliaia di persone per prevenire quello che è successo quando l'Agung è scoppiata nel 1963, uccidendo più di 1, 000 persone.
Prima che i vulcani eruttano, ci sono spesso segnali di avvertimento. Piccoli terremoti raramente percepiti dagli umani ma percepiti dai sismografi emanano dal vulcano. Pennacchi di vapore acqueo salgono dal cratere. Quando il vulcano inizia a emettere gas come anidride carbonica e anidride solforosa, l'eruzione potrebbe essere imminente.
Ma avvicinarsi alla cima di un vulcano è un lavoro pericoloso. L'utilizzo del telerilevamento per rilevare l'aumento delle emissioni di anidride carbonica e anidride solforosa senza mettere in pericolo persone o attrezzature aumenterebbe notevolmente la comprensione umana dei vulcani. Le emissioni di telerilevamento potrebbero prevenire disastri umanitari e falsi allarmi.
Il monte Agung non è ancora eruttato (al momento in cui è stato scritto questo articolo), ma l'attività sismica rimane intensa. I funzionari balinesi iniziano a chiedersi se un'eruzione sia davvero imminente; le persone evacuate dalla zona vogliono tornare alle loro case e il turismo è in calo.
Ricercatori tra cui il vulcanologo della Michigan Technological University Simon Carn hanno pubblicato una raccolta di articoli tra cui "Rilevazione spaziale di fonti di anidride carbonica localizzate" sulla rivista Scienza ; l'articolo descrive in dettaglio la prima misurazione nota di sorgenti antropogeniche e naturali di anidride carbonica localizzate da un satellite in orbita terrestre bassa.
I cinque articoli della OCO-2 Science Special Collection mostrano le capacità del satellite Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) della NASA; le misurazioni dei sensori del satellite forniscono informazioni su come il carbonio collega tutto sulla Terra. La ricerca è supportata dal Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Monitoraggio delle emissioni di CO2 dallo spazio
L'articolo di cui Carn è co-autore discute di come il team di ricerca abbia preso l'alta risoluzione, sensibili misurazioni spaziali dell'anidride carbonica atmosferica su scala chilometrica. Questi dati rivelano che i sensori del satellite sono in grado di individuare le fonti localizzate di anidride carbonica nell'atmosfera, un compito difficile considerando l'enorme quantità di anidride carbonica di fondo nell'atmosfera.
Questa figura mostra le misurazioni dell'anidride carbonica al vulcano Yasur a Vanuatu il 30 maggio, 2015. Yasur è un vulcano molto attivo e tra le più forti fonti di emissioni di gas vulcanico sulla Terra. I dati OCO-2 (pannello di sinistra) mostrano un piccolo aumento di CO2 sottovento (nord-ovest) del vulcano. Il pannello centrale mostra i dati OCO-2 ridimensionati per mostrare la concentrazione di anidride carbonica in eccesso nel pennacchio vulcanico al di sopra della concentrazione di fondo nella regione. La figura mostra che il segnale vulcanico è molto piccolo - solo l'1% al di sopra del carbonio atmosferico di fondo. Ciò dimostra perché sono necessari sensori satellitari estremamente sensibili come OCO-2 per rilevare fonti di CO2 localizzate. Il pannello di destra mostra le effettive concentrazioni di anidride carbonica evidenziando i pixel di misura considerati parte del pennacchio vulcanico. Credito:NASA JPL
Il satellite utilizza la spettrometria; i sensori a bordo del satellite misurano la luce solare riflessa, la radiazione, ad alta risoluzione spettrale utilizzando lunghezze d'onda non rilevabili all'occhio umano. Quando la luce attraversa l'anidride carbonica, parte viene assorbita dal gas. La luce rimanente rimbalza sull'oceano e sulla Terra. I sensori OCO-2 misurano la luce che rimbalza per quantificare ciò che è stato assorbito dall'anidride carbonica, permettendo agli scienziati di isolare le fonti di emissione, se umano o naturale.
"L'obiettivo principale dell'articolo è rilevare localizzati, emissioni puntiformi di anidride carbonica invece di misurare la concentrazione su larga scala nell'atmosfera, "dice Carn, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria e Scienze Geologiche e Minerarie. "I vulcani possono essere forti, fonti localizzate di anidride carbonica. Ma su base globale, tutte le prove disponibili indicano che le attività umane emettono molta più anidride carbonica rispetto ai vulcani".
La risoluzione spaziale del satellite OCO-2, 2,25 chilometri, è sufficientemente elevata da non diluire i segnali chimici. Però, mentre le misurazioni di OCO-2 sono senza precedenti, il satellite non può essere utilizzato come strumento di monitoraggio di routine dei vulcani perché non passa abbastanza frequentemente nello stesso punto della Terra.
"Questa è una dimostrazione che la tecnica funziona, ma abbiamo bisogno di sensori migliori prima che diventi uno strumento di monitoraggio di routine, soprattutto per i vulcani dove ci aspettiamo rapidi cambiamenti nelle emissioni di gas, " dice Carn. "Se potessimo misurare regolarmente l'anidride carbonica vulcanica dallo spazio, sarebbe un'aggiunta molto potente alle tecniche che usiamo. Questo tipo di osservazione sarebbe utile (per Agung) in questo momento."
Carn ha setacciato i dati satellitari per trovare misurazioni rilevabili dell'anidride carbonica trasportata dallo spazio da tre vulcani nella nazione insulare del Pacifico di Vanuatu. Uno di questi, Monte Yasur, erutta almeno dal 1700, e il giorno della misurazione OCO-2 stava emettendo anidride carbonica circa 3,4 parti per milione al di sopra dei livelli atmosferici di fondo, pari a circa 42 kilotoni di emissioni. In confronto, emissioni umane media 100, 000 chilotoni al giorno.
I sensori di OCO-2 hanno anche misurato le emissioni di anidride carbonica nel bacino di Los Angeles, rilevando una sorta di "cupola" di anidride carbonica. Le aree urbane rappresentano oltre il 70% delle emissioni antropiche.
"I processi naturali sulla Terra sono attualmente in grado di assorbire circa la metà delle emissioni umane di combustibili fossili, "dice Annmarie Eldering, Vice scienziato del progetto OCO-2 presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, e autore principale di un documento di sintesi in Scienza sullo stato della scienza OCO-2. "Se quei processi naturali vacillano, rallentando la rimozione utile di anidride carbonica, il riscaldamento indotto dai gas serra accelererebbe e si intensificherebbe. Questi dati iniziano a darci una visione migliore di come il clima influisce sul ciclo del carbonio, riducendo l'enorme incertezza su come entrambi potrebbero cambiare in futuro."
Le misurazioni dell'OCO-2 in tutta Los Angeles sono state sufficientemente dettagliate da catturare le differenze nelle concentrazioni all'interno della città risultanti da fonti localizzate. Hanno anche monitorato la diminuzione delle concentrazioni di anidride carbonica mentre la navicella spaziale passava dalla città affollata verso i sobborghi e verso il deserto scarsamente popolato a nord.
