ديف بيري على الحفاظ على سلامة الطائرات من خلال مشاهدة البراكين من الفضاء

يتذكر الكثيرون فترة الستة أيام في مايو 2010 عندما أدى انفجار بركان Eyjafjallajökull في أيسلندا إلى إغلاق الحركة الجوية من وإلى أوروبا. كان هذا أكبر إغلاق لحركة المرور الجوية منذ الحرب العالمية الثانية ، مما تسبب في تقطع السبل بملايين الركاب ليس فقط في أوروبا ، ولكن في جميع أنحاء العالم. ديفيد بيري عالم أبحاث في مختبر الدفع النفاث في باسادينا ، كاليفورنيا. يستخدم أداة تسمى ASTER على متن القمر الصناعي Terra التابع لناسا لقياس الأشعة تحت الحمراء من الرماد البركاني ، بهدف الحفاظ على سلامة الطائرات. تحدث بيري أكثر عن سبب إتلاف الرماد البركاني لمحركات الطائرات ، وعن الحفاظ على سلامة الطائرات من خلال مشاهدة البراكين من الفضاء ، مع خورخي سالازار من ForVM.


لماذا دراسة البراكين من الفضاء؟

أنتج بركان بيناتوبو في عام 1991 ثاني أكبر ثوران بركاني في القرن العشرين بعد ثوران بركان نوفاروبتا في شبه جزيرة ألاسكا عام 1912. حقوق الصورة: ويكيميديا ​​كومنز


كانت البراكين تشكل تهديدًا للبشرية منذ أن سار الناس على الأرض لأول مرة. ويمكنك التفكير في كيفية دفن بومبي بالكامل أثناء ثوران بركان جبل فيزوف في عام 79 م - الرماد والصخور الساخنة والغازات السامة المؤذية والمروعة التي تخرج من الأرض. هذه الأشياء لا تزال تحدث. يمكن أن تكون كبيرة جدًا ، مثل ثوران Pinatubo في عام 1991 ، الذي دفع الرماد إلى طبقة الستراتوسفير وكان له تأثيرات عالمية على الحركة الجوية وجودة الهواء ، وكذلك البيئة المحلية حول البركان.

البراكين هي سمات كبيرة وخطيرة تُظهر الطاقة الداخلية للأرض على السطح. نريد أن نعرف عنهم. في الأيام الخوالي ، كان علماء البراكين - الجيولوجيون ، بشكل أساسي ، والمتخصصون في البراكين - يعملون من الأرض ، وأحيانًا من الطائرات. وبعد ذلك ، مع ظهور الأقمار الصناعية والمراقبة المدارية للأرض ، كان من الطبيعي بالطبع أن يرغب الناس في مشاهدة هذه الانفجارات ونتائج الانفجارات من المدار.

بركان Eyjafjallajökull الأيسلندي شوهد من الفضاء في 24 مارس 2010. في أبريل 2010 ، أغلق هذا البركان المجال الجوي الأوروبي لمدة ستة أيام. حقوق الصورة: ناسا

بركان Eyjafjallajökull في أيسلندا شوهد من الأرض فجر يوم 27 مارس 2010. حقوق الصورة: ويكيميديا ​​كومنز.




تسمى المهمة التي أعمل بها ASTER - لمقياس إشعاع الانعكاس والانبعاث الحراري المتقدم المحمول في الفضاء. إنها مهمة مشتركة مع اليابانيين. لدينا عدد من الأدوات من المدار. يمكننا أن ننظر إلى هذه الانفجارات الكبيرة ونرى الأشياء على الأرض حتى عمق 15 مترًا (45 قدمًا). تحدث البراكين غالبًا في مناطق نائية ، ولكن يمكننا اكتشافها ومراقبتها لفهم كمية المواد التي تضعها في الغلاف الجوي.

في الأساس ، ننظر إلى البراكين من الفضاء ونحاول الجمع بين ملاحظاتنا الفضائية والملاحظات من الأرض ومن الطائرات.

لماذا تشكل البراكين خطورة على الطائرات؟

الانفجارات الصغيرة التي تطلق القليل من الغاز أو كمية صغيرة من الرماد لا تشكل عادة خطرا على الطائرات ، إذا لم يكن هناك مطار قريب منها. نشعر بالقلق عندما يكون لدينا انفجار كبير ومتفجر.


نحن نأخذ جبل سانت هيلينز ، بيناتوبو ، أكبر من ذلك. إنها تندلع بآلاف الأمتار المكعبة في الثانية مع كميات هائلة من المواد تخرج من بركان مضغوط. يتم ضغط البراكين بواسطة الغاز - في الغالب ثاني أكسيد الكربون ، وبخار الماء ، ولكن أيضًا ثاني أكسيد الكبريت - الذي يخرج من هذه الانفجارات الهائلة بمعدلات عمودية عمودية تصل إلى مئات الأمتار في الثانية.

سحابة فطر جبل سانت هيلين ، بعرض 40 ميلاً وارتفاعها 15 ميلاً. موقع الكاميرا: توليدو ، واشنطن ، 35 ميلاً إلى الغرب والشمال الغربي من الجبل. الصورة ، المكونة من حوالي 20 صورة منفصلة ، تعود إلى 18 مايو 1990. حقوق الصورة: ويكيميديا ​​كومنز

يمكن أن تصل هذه الأعمدة إلى ما لا يقل عن 10000 متر ، وهو ما يزيد عن 30000 قدم. وصل بيناتوبو إلى ارتفاع يصل إلى 150000 قدم ، إذا كنت تستطيع تخيل ذلك. عادةً ما يحدث الاندفاع أو الانفجار بسرعة ، أو يمكن أن يستمر لدقائق أو ساعات - وربما حتى أيام.

تستيقظ المادة في الهواء وتأخذها الرياح الجوية ، خاصة في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع 30 ألف قدم تقريبًا. لسوء الحظ ، هذا هو الارتفاع التشغيلي الأكثر كفاءة للطائرات ، بين 20.000 و 40.000 قدم. إذا لم تكن محظوظًا بما يكفي لاختراق عمود في طائرة ، فقد تتعرض لإخفاقات متزامنة لجميع المحركات. حدث هذا مرتين في عام 1983 ، مع ثوران جالونجونج في إندونيسيا. ثم كان هناك اندلاع Redoubt في عام 1989. إنها حالة مروعة بشكل خاص.


اندلع بركان Redoubt في ألاسكا في 14 ديسمبر 1989 واستمر في الانفجار لأكثر من ستة أشهر. حقوق الصورة: ويكيميديا ​​كومنز

في 15 ديسمبر 1989 ، كانت طائرة KLM في طريقها من أمستردام إلى طوكيو. وفي تلك الأيام ، كان من المعتاد التوقف للتزود بالوقود في أنكوراج ، ألاسكا على هذا الطريق. كانت هذه الطائرة تهبط إلى الشمال الغربي من مطار أنكوراج إلى ما يشبه الضباب. تم التنبؤ بالعمود البركاني من بركان Redoubt ليكون شمال شرق البركان. توقع المطار أن يكون العمود بعيدًا عن الطائرة.

لذلك نزل الطيار إلى ما يشبه طبقة الضباب. حصلت على رائحة الكبريت في قمرة القيادة ، ثم أدركت أن محركاتها كانت معطلة. في الأساس ، اشتعلت النيران في أربعة محركات. فقدت القوة ، وبدأت الطائرة في الهبوط. لقد حاولوا بشكل محموم إعادة تشغيل المحركات. كان لديهم العديد من إعادة تشغيل المحرك. أعتقد أنهم حاولوا سبع مرات ، ولكن دون جدوى ، سقطوا من ارتفاع 25000 قدم. لقد حصلوا على محرك واحد ، ثم دخل الثلاثة الآخرون على الإنترنت ، وأعادوا تشغيل المحركات. استقروا على ارتفاع حوالي 12000 قدم بعد حوالي دقيقة ونصف. لقد استقروا فوق الجبال ، على ارتفاع 500 قدم فوق التضاريس. كان على متنها حوالي 285 شخصًا. لقد كانت مكالمة قريبة جدًا جدًا.

ما الذي جعل المحرك يتوقف؟

هناك بعض الأشياء التي تحدث في المحركات النفاثة عندما يمتص الرماد فيها ، خاصة مع المحركات الأحدث التي تعمل في درجات حرارة عالية جدًا.

الرماد هو صخرة أرضية رفيعة للغاية. إنها مادة كاشطة للغاية. حتى تحصل على تآكل في المحرك. هذا ليس جيدًا ، خاصة مع المحركات الأحدث ذات درجة الحرارة العالية. يمكن أن تتداخل مع عملية الاحتراق. يمكن أن يكون تركيز الرماد مرتفعًا بدرجة كافية بحيث يؤثر على آلية حقن الوقود في المحرك. لذلك توقف المحرك عن الاحتراق.

الرماد البركاني على ريش التوربينات

علاوة على ذلك ، سوف يذوب الرماد على شفرات التوربينات. كل شفرة توربينية تشبه الجبن السويسري ، لأن المحرك يدفع الهواء باستمرار عبر شفرات التوربينات لتبريدها. هذه الشفرات مطلية بطلاء خاص ويتم حفرها أيضًا بثقوب. وسيأتي الرماد ويذوب على النصل. ثم يتم تبريده بواسطة هواء التبريد ويتجمد. تحصل على طلاء خزفي على النصل. والآن لا يمكن للشفرة أن تبرد نفسها.

إذن لديك نوعان من المخاطر. لديك خطر سريع يتمثل في توقف الاحتراق في المحرك - لذلك يتوقف المحرك فقط. إذا كان لديك تركيزات عالية من الرماد ، فسيحدث ذلك.

ولكن حتى لو لم تتوقف المحركات عن العمل ، ستحصل على شفرات التوربينات المسدودة الآن ولا يمكنها تبريد نفسها. بعد ذلك ، على سبيل المثال ، بعد 50 أو 100 ساعة من الحادث - وربما لم تكن تعلم حتى أنك قد طارت عبر الرماد ، إذا كان عمودًا رقيقًا للغاية - فقد تعاني من إجهاد المعادن وفشل محتمل.

ما هو الحل؟

في الأساس ، قدر الإمكان ، تريد إبقاء الطائرات بعيدًا عن الرماد البركاني. كانت الممارسة هي توجيه الطائرات حول هذه الأعمدة عند حدوثها ، مثل بركان جبل كليفلاند ، بركان شيشالدين ، ريدوبت ، أوغسطين. هذه أسماء مشهورة لعلماء البراكين. عندما تندلع هذه البراكين ، تميل إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) وخدمة الطقس الوطنية (National Weather Service) إلى توجيه الطائرة حول الأعمدة والسحب البركانية.

وهذا حل جيد جدًا - نوع من سياسة عدم التسامح.

بركان Puyehue-Cordón Caulle يُرى من الفضاء. عندما بدأ ثوران هذا البركان في الأرجنتين في يونيو 2011 ، أغلقت سحابة الرماد المطارات بعيدة مثل أستراليا. حقوق الصورة: ناسا

سحابة الرماد من جبل كليفلاند ، ألاسكا شوهدت من الفضاء في 23 مايو 2006. جبل كليفلاند هو بركان آخر يظهر علامات النشاط في عام 2011. حقوق الصورة: ناسا.

لكنها لا تعمل دائمًا. ما حدث في أوروبا في عام 2010 عندما تسبب ثوران Eyjafjallajökull في دخول الأجواء الأوروبية ، لم يكن لدى شركات الطيران الأوروبية مكان تذهب إليه. كان الرماد قادمًا على مناطق حضرية كبرى في أوروبا ، وهو اختراق كبير للمجال الجوي. لذلك تم إغلاقهم تمامًا.

كان هناك نقاش كبير في ذلك الوقت حول المستويات الآمنة للرماد البركاني. لم يتمكنوا من توجيه الطائرات حول الرماد فقط ، على الرغم من أنهم ، في مرحلة ما ، كانوا يحاولون مبدئيًا الطيران بمستويات منخفضة من الرماد. كان هناك نقاش كبير في ذلك الوقت حول كيفية تقدير كمية الرماد في الهواء ، ومدى دقة ملاحظات الأقمار الصناعية ، وما يعنيه الرماد حقًا من حيث تشغيل الطائرات بالصواميل والمسامير.

من المسؤول عن اتخاذ هذا النوع من القرار؟

قسمت منظمة الطيران المدني الدولي ووكالات الأرصاد الجوية العالمية العالم إلى حوالي 10 مناطق. تحتوي كل منطقة على مركز استشاري للرماد البركاني - ما يسمى بـ VAAC - وهو المسؤول عن تلك المنطقة.

لدينا اثنان في الولايات المتحدة ، واحد في أنكوراج وواحد في واشنطن. في أوروبا ، كان المسؤولان الرئيسيان اللذان شاركا في حادثة آيسلندا هما London VAAC و Toulouse ، France VAAC.

دعونا نواجه الأمر ، الشخص العادي الذي يتجول في الولايات المتحدة أو أوروبا لن يصاب بانفجار بركاني. هذا لا يمكن تصوره تقريبا. لكن قد يواجه الأشخاص من الولايات المتحدة أو أوروبا تهديدًا عندما يطيرون.

وهكذا ، في العصر الحديث ، تم تشتيت هذا الخطر في الفضاء الجوي الضعيف الذي ترغب شركات الطيران في استخدامه والذي تستخدمه أيضًا شركات النقل التجارية والناقلات العسكرية الأخرى. نحن الآن عرضة لخطر الرماد المنتشر في المجتمع الحديث.

يوجد أكثر من 1500 بركان حول العالم تعتبر نشطة في أي وقت. من خلال العمل مع القمر الصناعي Terra ، تتمثل مهمتنا في اكتشاف طرق لاكتشاف الرماد البركاني وتتبعه والتنبؤ بالمكان الذي سيذهب إليه وأيضًا التخفيف من تأثيره على الطائرات.

أخبرنا بالمزيد حول كيفية قيام الأجهزة الموجودة على القمر الصناعي Terra التابع لناسا برصد الرماد البركاني.

لدينا العشرات من علماء البراكين من ذوي الخبرة في الاستشعار عن بعد وكذلك علم البراكين. أنا واحد منهم. ومن منصة القمر الصناعي Terra ، لدينا ثلاث أدوات رئيسية.

ASTER هي الأداة الوحيدة عالية الدقة المكانية على Terra والمهمة لاكتشاف التغيير و / أو المعايرة و / أو التحقق من الصحة ودراسات سطح الأرض. حقوق الصورة: شركة تصوير الأقمار الصناعية

عندما تنظر إلى الأرض ، يكون لديك نوعان من الإشعاع يدخلان في الجهاز. بأم عينيك ، عندما تنظر إلى شيء ما ، فإنك ترى الضوء - الطاقة التي تنعكس على السطح بأطوال موجية مختلفة - وتتصورها عينك وعقلك كلون. إذاً لديك الطيف المرئي ، وبالتأكيد يمكن لـ Terra الحصول على صور مرئية جيدة للبركان. إذا كان لدينا عمود ثوراني ، فيمكننا رؤيته بأطوال موجية مرئية ، ويمكننا بالفعل التقاط صور مجسمة وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد باستخدامأستر.

ومن ثم لدينا قدرة الأشعة تحت الحمراء - غالبًا إشعاع حراري يأتي من سطح الأرض. نأخذ عددًا من النطاقات المختلفة بحيث تبدو حرارة اللون. في الأساس ، نحن نقيس درجة حرارة الأرض. ولذا إذا حدث انفجار بركاني ، فقد يكون الجو حارًا جدًا في بداية الثوران. تفرز تدفقات الحمم البركانية الكثير من الحرارة. لذا فإن قدرة الأشعة تحت الحمراء مع ASTER تتيح لنا تعيين ميزات الحرارة هذه بالتفصيل.

نحن نبحث فيدقة مكانية عاليةحتى نتمكن من حل ، على سبيل المثال ، حفر قمة البراكين. يمكننا حل تدفقات الحمم الفردية. يمكننا حل المناطق التي تم تدمير الغطاء النباتي فيها. يمكننا أن ننظر إلى مناطق الدمار باستخدام ASTER. إنها أداة قابلة للإسقاط. إنه ليس دائمًا قيد التشغيل. علينا في الواقع أن نخطط للنظر إلى هدف في وقت مبكر. هذا يجعلها لعبة تخمين قليلاً في بعض الأحيان.

أحد الأدوات الأخرى الموجودة على Terra هو مقياس الطيف ذو الدقة المتوسطة Imagine Spectrometer (موضه). إنه ينظر من خلال الأشعة تحت الحمراء القريبة المرئية والأشعة تحت الحمراء الحرارية أيضًا ، ولكن بدقة مكانية أقل بكثير ، معظمها يبلغ حوالي 250 مترًا لكل بكسل. حيث يمكن لـ ASTER فقط رؤية منطقة يبلغ عرضها 60 × 60 كيلومترًا ، يمكن لـ MODIS النظر إلى المناطق التي يبلغ عرضها آلاف الكيلومترات. وينظر إلى الأرض كلها كل يوم. عندما تحصل ASTER على شرائح معكرونة صغيرة وطوابع بريدية مستهدفة ، فإن MODIS هي أكثر من مجرد أداة من نوع المسح ، والتي ترى أجزاء كبيرة من الأرض في وقت واحد. وعلى مدار اليوم ، تقوم بتغطية كاملة.

بركان Grimsvotn في أيسلندا يُرى من الفضاء. بدأ هذا البركان في الثوران في مايو 2011. وعطل السفر الجوي في أيسلندا وجرينلاند وأجزاء كثيرة من أوروبا. حقوق الصورة: ناسا

الأداة الثالثة هي مقياس الطيف الإشعاعي متعدد الزوايا (MISR). له زوايا نظر متعددة ، ويمكنه إنشاء صورة ثلاثية الأبعاد مرئية وديناميكية - المشهد الفعلي للثوران. لها زوايا نظر متعددة لأنها تتقدم في المدار. هذا مهم لأنه يمكنك عمل صور ثلاثية الأبعاد للميزات التي تشاهدها ، وخاصة الميزات المحمولة جواً. تم تصميم MISR بشكل أساسي للنظر في الهباء الجوي ، وهي جزيئات في الغلاف الجوي مثل قطرات الماء والغبار. هذا مهم للانفجارات البركانية الكبيرة ، التي تضع الكثير من الهباء الجوي في الغلاف الجوي.

هذا نوع من رسم مصغر لما نفعله بالقمر الصناعي Terra. لقد كانت فعالة للغاية ، سواء في النظر إلى السلائف البركانية ، مثل النقاط الساخنة أو بعض الفوهات التي تبدأ في الإضاءة ربما قبل شهر أو شهرين من اندلاع البركان. بالإضافة إلى أنه يبحث في نتائج الثوران وأشياء أخرى. Terra وأدواتها ليست فقط لعلم البراكين. نحن ننظر إلى مجموعة متنوعة من ظواهر سطح الأرض.

شكرا دكتور بيري. هل تريد أن تترك لنا أي فكرة نهائية؟

بالتأكيد. إنها أن البراكين ليست صفقة واحدة. كان على الناس إعادة تعلم هذا الدرس منذ أيام بومبي. من المرجح أن يكون البركان النشط اليوم هو البركان الذي كان نشطًا بالأمس. قد تكون البراكين نادرة في حياة الفرد ، لكنها عندما تحدث تكون كبيرة وخطيرة.

في المستقبل ، ستصبح الأقمار الصناعية التي تشبه Terra - مع تغطية مستمرة - أكثر أهمية في اكتشاف الانفجارات وفهم المعلمات البيئية التي نعمل بموجبها على تشغيل الطائرات.

نأمل أن تكون استجابتنا الآن أكثر مراعاة ، وأكثر شمولاً بكثير ، من الفقراء في بومبي الذين واجهوا ثوران بركان جبل فيزوف عام 79 م.

اذهب إلىأرشيف بركان ASTERلمشاهدة بعض البيانات المستخدمة في عمل الدكتور بيري. شكرنا اليوم لمهمة تيرا التابعة لناسا، مما يساعدنا على فهم كوكبنا وحمايته بشكل أفضل.