Wulkany i gejzery zajmują sporą część terytorium Islandii. Jednym z najbardziej niebezpiecznych wulkanów jest Hekla położona w południowej części wyspy. Wybucha średnio co 10 lat (ostatnio w 1970, 1980, 1991 i 2000 r.), wyrzucając fontannę pyłów i popiołów na wysokość 30 km. Od ostatniej erupcji w 2000 r. wulkan nie był aktywny. To dobra wiadomość dla turystów, którzy przyjeżdżają, aby wspiąć się na krawędź krateru, na wysokość 1491 m n.p.m. A jednocześnie bardzo niepokojąca geofizyków.

– Hekla może wybuchnąć w każdej chwili. Po tak długim okresie wyciszenia erupcja wulkanu może być bardziej gwałtowna – ostrzega Martin Möllhoff, niemiecki geofizyk pracujący w School of Cosmic Physics of Institute for Advanced Studies w Dublinie. Kieruje działem technicznym wykorzystującym sejsmometry do monitorowania niezliczonych wulkanów na całym świecie, w tym Hekli.

W sytuacji gdy sondy wykryją nawet drobne drżenia ziemi, naukowcy ogłaszają alarm czerwony. Ostatnie erupcje zostały wykryte z wyprzedzeniem 30–80 minut. Wszyscy turyści wspinający się na Heklę muszą pobrać aplikację na telefon, która ostrzeże ich za pomocą wiadomości SMS w razie niebezpieczeństwa wybuchu.

Sygnały ostrzegawcze

Zespół Möllhoffa instaluje obecnie sześć sejsmometrów na szczycie wulkanu. Są to zamocowane do podłoża metalowe cylindry, w których umieszczono ciężarek wykonany z termicznie stabilnego stopu metalu. Ciężarek jest utrzymywany w bezruchu przez siły elektromagnetyczne generowane w pętli sprzężenia zwrotnego. Drżenie podłoża powoduje drgania cylindrów, podczas gdy ciężarek nadal utrzymywany jest w bezruchu. Cały czas mierzona jest jego pozycja względem cylindra i siła (elektrostatyczna lub magnetyczna) potrzebna do utrzymania ciężarka w pozycji nieruchomej. Napięcie wymagane do wytworzenia tej siły jest wartością pomiaru zapisywaną cyfrowo. Umożliwia to wykrycie ruchów rzędu kilku nanometrów.

Ponieważ w przypadku Hekli czas na sygnały ostrzegawcze jest krótki, wartości pomiarów sejsmometru nie można zapisywać i odczytywać co parę miesięcy – należy je przekazywać natychmiast. Zwykle odbywa się to za pośrednictwem modemów mobilnych 3G, ale nie jest to możliwe dla wszystkich sześciu sejsmometrów, ponieważ modem wymaga do 5 W energii elektrycznej. W zimnym islandzkim krajobrazie, gdzie słońce widoczne jest tylko przez kilka godzin dziennie, a zimą niemal wcale, ogniwa słoneczne nie są w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii. Dlatego zespół Möllhoffa zdecydował się wykorzystać do transferu danych przewody firmy Lapp. Przewód taki przesyła dane oraz energię potrzebną do uruchomienia sejsmometrów, generowaną przez trzy niezależne małe turbiny wiatrowe. Każda turbina jest wspierana przez ogniwo słoneczne, aby zrekompensować okresy słabego wiatru w lecie. Celem było utrzymanie całkowitego zużycia energii na jak najniższym poziomie.

Ostre skały wulkaniczne

Odległości między turbinami wiatrowymi, centrami przesyłu danych i sejsmometrami są stosunkowo małe. Naukowcy potrzebowali trzech kilometrów przewodu do całej instalacji. Głównym argumentem, który zdecydował o wyborze przewodu Lapp, była jego wytrzymałość. Twardy kamień wulkaniczny uniemożliwia zainstalowanie kabli pod ziemią, co oznacza, że trzeba je poprowadzić po ostrych jak brzytwa skałach. Tutaj przewód narażony jest na mechaniczne ścieranie i niskie temperatury islandzkich zim. Śnieg może leżeć przez cały rok. Z drugiej strony pod cienką skorupą Grzbietu Śródatlantyckiego skała może być bardzo ciepła – temperatura potrafi osiągnąć nawet 50°C na głębokości zaledwie pół metra. Ponadto w niektórych miejscach z ziemi wypływają silnie korozyjne gazy. Zaletą tego niegościnnego krajobrazu jest brak zwierząt, które mogłyby przegryźć kabel.

Zadanie wyboru odpowiedniego przewodu przypadło Bergurowi Bergssonowi. Inżynier z islandzkiego biura meteorologicznego szukał kabla ethernetowego wypełnionego żelem, z czterema skręconymi parami, ekranem i wytrzymałym płaszczem zewnętrznym. Jego koledzy używają takich w sejsmicznych sieciach pomiarowych od 15 lat (podobny projekt prowadzono np. na Vatnajökull, największym lodowcu Islandii).

W pełni wodoszczelny

Na stronie internetowej firmy Lapp Bergsson znalazł zewnętrzny kabel do połączeń w telekomunikacji. Składa się z czterech skręconych par otoczonych taśmą aluminiową, która działa jak ekranowanie. Zewnętrzna osłona z PE jest odporna na promieniowanie UV i poprzecznie wodoodporna, dzięki czemu nie pozwala wilgoci dostać się do wewnątrz przewodu. Jeżeli woda przeniknie na końcach kabla – w tym wypadku na połączeniach z sejsmometrem i modemem w centrum danych – lub przez rozdarcie płaszcza spowodowane ostrym przedmiotem, nie może rozprzestrzeniać się przez kabel, ponieważ jest on wypełniony żelem.

Möllhoff uznaje taki wybór przewodu za bardzo dobry. Pozwala on na stabilne zasilanie sejsmometrów prądem stałym o napięciu 60 V, jak również transmisję danych w obu kierunkach za pomocą oddzielnych par przewodów. To zaś umożliwia wulkanologom dostosowywanie ustawień na odległość. System pomiarowy pierwszego zainstalowanego sejsmometru działa idealnie, gromadząc 1,5 GB danych miesięcznie i transmitując je na żywo do Reykjavíku i Dublina.

Do czasu erupcji

Jak dotąd nic nie wskazuje na to, by w najbliższym czasie miało dojść do erupcji wulkanu. Pomiary będą jednak stale prowadzone. Ich celem jest odkrycie, jak szybko dzięki danym pomiarowym jesteśmy w stanie przewidzieć erupcje, i wykorzystanie tych informacji do opracowania skutecznego systemu wczesnego ostrzegania. Podobne rozwiązania będzie można zastosować także na innych wulkanach. – Nadal wiele wulkanów pozostaje niezbadanych i na wiele pytań nie znamy jeszcze odpowiedzi – podsumowuje Martin Möllhoff.

Źródło: Lapp