SKATE aumenta a segurança do monitoramento de vulcões

Quando centenas de vulcanologistas reunidos em Genebra em julho passado para o maior evento do mundo conferência de vulcanologiada Itália Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia (INGV) chamou especial atenção. O INGV apresentou resultados de cinco anos de observações muito próximas de Stromboli, um dos vulcões mais monitorados do Mediterrâneo. Suas pequenas erupções frequentes fazem dela um laboratório pure para vulcanologistas e uma preocupação constante de segurança para os cerca de 500 residentes e milhares de turistas da ilha.

Os últimos três anos de observações minuciosas foram possíveis graças a um observatório portátil chamado Setup for the Kinematic Acquisition of Explosive Eruptions, ou SKATE. O sistema do tamanho de uma mala está repleto de tecnologia que captura erupções a centenas de quadros por segundo, registrando sincronizadamente seu rugido e seu calor.

Filmar e analisar uma erupção explosiva de perto durante horas, enquanto captura dados sobre seu calor, som e movimento, tem sido historicamente complicado e perigoso. Mas esse é o cientistas de dados precisamos entender como as erupções funcionam e evoluem ao longo do tempo. O SKATE torna esse processo mais seguro e simples, registrando de forma autônoma fluxos sincronizados de dados de observatórios e minimizando o tempo que os pesquisadores precisam passar nas encostas de um vulcão.

“Erupções explosivas são processos extremamente rápidos com partículas do tamanho de um caminhão ou um grão de poeira que podem viajar de alguns metros por segundo até supersônico velocidades”, diz Jacopo Taddeucciinvestigador sénior do INGV. “Você precisa câmeras filmar centenas de quadros por segundo e instrumentos que podem ver, ouvir e sentir a erupção ao mesmo tempo para entender causa e efeito.”

Além de Stromboli, o SKATE foi testado nas proximidades Monte Etnabem como em Fogo da Guatemala e Vulcões Santiaguito. Mundialmente, 500 milhões de pessoas vivem perto de vulcões ativos, muitos dos quais são ) sem qualquer sistema de monitoramento. O INGV está agora a planear implantações noutros vulcões, incluindo Monte Yasur em Vanuatu, conhecido como o “Farol do Pacífico” por suas erupções quase contínuas com explosões rítmicas de lava e gás incandescentes.

Tecnologia inovadora de vulcanologia do SKATE

SKATE foi montado por Soluções de engenharia de equipamentos tecnológicos (TEES), um fabricante italiano de instrumentos científicos personalizados e Dewesoftuma empresa eslovena especializada em alta velocidade aquisição de dados e sistemas de medição. As duas empresas seguiu as especificações do INGV para embalar um observatório inteiro numa estrutura rígida de polipropileno com um orçamento de 50.000 euros (cerca de 58.000 dólares).

SKATE é o sucessor simplificado de um protótipo anterior do INGV conhecido como FAMoUS (Quick Multiparametric Setup), que primeiro provou o valor da combinação de sensores de alta velocidade, térmicos e acústicos. Mas também apresentava sérias desvantagens: period pesado e volumoso, demorava muito para ser instalado no native e exigia acionamento handbook, o que obrigava os pesquisadores a passar horas em zonas perigosas para capturar apenas algumas sequências.

O SKATE é mais portátil e mais fácil de implantar que seu antecessor, um sistema chamado FAMoUS.Piergiorgio Scarlato e Jacopo Taddeucci

Dentro do SKATE, um computador à prova d’água coordena uma gravação de câmera térmica a 32 quadros por segundo e um câmera de alta velocidade que grava sequências de imagens quando detecta picos repentinos de temperatura. Contínuo Vídeo 4K a captura iria, de fato, inundar rapidamente o SKATE armazenamento de dadosjá que um único dia de gravação em 4K exigiria 100 vezes mais memória do que o SKATE possui.

“O verdadeiro desafio não period conectar câmeras e sensores”, diz Alessia Longoengenheiro da Dewesoft. “Isso os forçou a escrever em um único arquivo perfeitamente sincronizado e domou a inundação de dados.”

Esses dados são armazenados em dois SSDs com capacidade whole de até 6 terabytes, e o sistema opera de forma autônoma durante um dia inteiro com bom tempo, contando com painéis solares e substituível baterias.

“A criatividade de um vulcanologista está na capacidade de aproveitar tecnologias desenvolvidas para outras indústrias, como câmeras de alta velocidade usadas em eventos esportivos ou térmicas militares. geradores de imagense adaptá-los para pesquisas científicas sobre vulcões ativos”, diz Piergiorgio Scarlatodiretor de pesquisa do INGV.

Design Modular Melhora o Monitoramento Vulcânico

Situado entre 300 e 900 metros das fontes ativas de Stromboli, o SKATE funciona quase inteiramente por conta própria. Os pesquisadores só caminham uma vez por dia para trocar baterias e cartões de memória.

O design também é modular. Juntamente com os sensores térmicos, de alta velocidade e acústicos, o INGV está agora a testar o SKATE com uma câmara UV para quantificar dióxido de enxofre emissões. A empresa também está testando um telêmetro a laser que fornece distâncias até a pluma ou borda da cratera do vulcão, ou encostas em movimento dez vezes por segundo. Também pode fornecer análises de bombas de lava individuais e fragmentos de rocha ejetados durante as erupções, permitindo reconstruções precisas de suas trajetórias e áreas de pouso.

“A profundidade é o que transforma uma imagem espetacular em uma medida”, diz Scarlato. “Ao compreender como os projéteis vulcânicos são lançados, a distância que percorrem e onde caem, podemos avaliar melhor o impacto das erupções nas pessoas, na infraestrutura e no ambiente circundante.”

Em Stromboli, a equipa do INGV analisou mais de mil explosões gravado entre 2019 e 2024, combinando vídeos de alta velocidade, temperaturas e som. Descobriram que cada abertura desenvolve a sua própria personalidade: os jatos ricos em gás soam mais suaves e duram mais tempo, enquanto as bombas vulcânicas – pedaços de lava expelidos durante uma erupção – e as explosões ricas em cinzas rugem brevemente e lançam fragmentos incandescentes para o alto.

O papel do SKATE na análise de dados vulcânicos

SKATE não é um alarme 24 horas por dia, 7 dias por semana. É muito complexo e exige muitos dados para transmitir da borda de uma cratera em tempo actual. Em vez disso, ajuda redes fixas de monitoramento localizadas mais longe da cratera – como câmeras térmicas, infra-som matrizes e outros instrumentos – para entender melhor seus sinais.

Um pesquisador usa o SKATE para monitorar um vulcão.Piergiorgio Scarlato e Jacopo Taddeucci

Dados do SKATE estão ajudando cientistas testar hipóteses sobre como as bolhas de gás sobem e explodem dentro do magma, como os conduítes vulcânicos são moldados e estudam processos subterrâneos que o monitoramento comum não consegue ver. INGV pretende transformar alguns padrões recorrentes em referência bibliotecas que poderia treinar sistemas automatizados para reconhecer sinais de alerta precoce em fluxos de dados ao vivo.

O sucesso do SKATE está mudando a forma como os vulcanologistas monitoram vulcões ativos em busca de sinais de alerta. Mas os vulcões nunca serão ambientes verdadeiramente previsíveis ou seguros. A umidade geralmente corrói os cabos e vaporiza a câmera lentes. Durante uma implantação recente, uma cabra comeu o cabo do microfone. E num estudo recente sobre Stromboli, o INGV experimentou um novo sensor preto e branco de alta velocidade, supreme para rastrear bombas brilhantes à noite, que se revelou mais complicado do que o esperado, uma vez que as explosões de Stromboli duram apenas alguns segundos e dificultam a focagem do sensor nelas.

Apesar dos obstáculos, os dados rápidos e detalhados que o SKATE fornece são bem-vindos. “Trabalhar em condições tão extremas, com umidade, gases e mudanças bruscas de temperatura, é o verdadeiro teste para qualquer tecnologia”, afirma Scarlato. “A diferença agora é que as nossas intervenções duram minutos, não horas.”