Diversi anni fa, fece enorme scalpore il video di un pilota che mandò il suo drone DJI FPV a morire dentro un vulcano in eruzione in Islanda.
Ma oltre che a girare video incredibili, al costo della “vita” del mezzo, un drone può essere anche molto più utile nella ricerca scientifica dei vulcanologi, ad esempio per provare a capire meglio quando un vulcano potrebbe entrare in attività.
Un gruppo di ricercatori della Technical University of Munich (TUM) ha sviluppato un sistema che utilizza droni e laser per misurare con maggiore precisione i gas rilasciati dai vulcani, riducendo le interferenze che limitano i metodi tradizionali. L’obiettivo è ottenere dati più affidabili sulla composizione dei gas vulcanici, elemento che risulta determinante per valutare l’evoluzione dell’attività di un vulcano.
Perché i gas vulcanici sono così importanti
Quando il magma risale verso la superficie terrestre, aumenta anche il rilascio di gas. Tra questi, l’anidride carbonica (CO₂) e l’anidride solforosa (SO₂) rappresentano indicatori particolarmente significativi dell’attività vulcanica.
Secondo i ricercatori, è soprattutto il rapporto tra la concentrazione di anidride carbonica e quella di anidride solforosa a fornire informazioni su ciò che avviene nel sottosuolo.
Fino a oggi queste misure venivano effettuate da terra, ma con questo metodo i sensori rilevano anche i gas prodotti dalla vegetazione e dal terreno circostante, rendendo più difficile isolare il contributo proveniente dal vulcano.
Il nuovo sistema con drone e laser
Per ridurre questi effetti, il team della TUM ha sviluppato un sistema che misura i gas direttamente sopra la nube vulcanica, che è stato sperimentato per la prima volta in modo autonomo sull’isola di Vulcano, nell’arcipelago delle Eolie.
Il sistema utilizza un laser montato su un piccolo carrello che individua automaticamente un drone in volo e punta il fascio verso un riflettore installato sul velivolo. Durante il percorso attraverso la nube di gas, una parte della luce viene assorbita dall’anidride carbonica presente nell’aria. Analizzando l’attenuazione del segnale riflesso è possibile determinare la concentrazione del gas.
Fino a 3000 misurazioni in un solo volo
Il drone segue una rotta prestabilita della durata compresa tra 10 e 15 minuti, raggiungendo una distanza massima di circa 60 metri dal laser. Durante il volo vengono raccolte fino a 3000 misurazioni, e un algoritmo elabora successivamente i dati per creare una mappa tomografica della distribuzione delle concentrazioni di gas a una determinata quota, tenendo conto anche delle condizioni del vento.
Secondo i ricercatori, precedenti test effettuati in galleria del vento hanno mostrato un errore di misura di circa il 5%. Il professor Achim Lilienthal spiega che l’obiettivo futuro è automatizzare completamente sia le misurazioni sia la creazione delle mappe, affidando inoltre all’intelligenza artificiale l’interpretazione dei dati raccolti.
Un approccio diverso con sensori installati a bordo
Un’altra strategia viene seguita dal gruppo di ricerca guidato dal professor Thorsten Hoffmann della Johannes Gutenberg University Mainz.
In questo caso i droni trasportano sensori che misurano direttamente le concentrazioni chimiche dell’aria. I ricercatori utilizzano celle fotometriche, che determinano la concentrazione dei gas attraverso l’assorbimento della luce, ed anche sensori elettrochimici basati su reazioni di ossidoriduzione.
Secondo Hoffmann, il rapporto tra anidride carbonica e anidride solforosa è particolarmente importante perché la solubilità dei due gas nel magma varia con la pressione e quindi con la profondità. Per questo motivo la composizione dei gas che fuoriescono dal vulcano può fornire indicazioni sui processi in corso nel sistema vulcanico.
I droni vengono fatti volare direttamente all’interno del pennacchio vulcanico per misurare le concentrazioni lungo il percorso di volo.
Il rapporto CO₂/SO₂ può anticipare un’eruzione
Oltre alle misure geofisiche e alle rilevazioni della temperatura, l’analisi dei gas rappresenta uno degli strumenti utilizzati per valutare il livello di pericolo di un vulcano. Le ricerche condotte sull’Etna, sulle Isole Eolie e nei Campi Flegrei hanno evidenziato che ogni area vulcanica possiede una propria firma chimica caratteristica.
La vulcanologa Nicole Bobrowski dell’Università di Heidelberg spiega che poco prima di un’eruzione la composizione dei gas emessi dalle fumarole e dai pennacchi vulcanici cambia spesso in modo significativo. Come esempio cita proprio il rapporto tra anidride carbonica e anidride solforosa, che tende inizialmente ad aumentare in maniera marcata per poi diminuire nuovamente prima dell’inizio dell’eruzione.
