FARGEANALYSE: De pågående utslippene fra Eyafjallajökull vises på bilder tatt fra Nasas Terra-satellitt den 15. april. Instrumentet MODIS - Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer gir mange ulike bilder fra ulike infrarøde kanaler. Til venstre vises hvordan de ser ut i gråtoner, mens til høyre vises en kompositt fra de ulike termiske kanalene. (Bilde: NASA GSFC / JPL)

Slik kan vulkanvarsling forbedres

Mer utsatt

  • Fremtidens fly kan være mer utsatt for risiko fra askeskyer enn tidligere.
  • Moderne langdistansefly har to motorer, mens det var vanlig med fire motorer tidligere.

Stopper motorer

  • De silikatholdige partiklene har et smeltepunkt som er lavere enn driftstemperaturen i brennkammeret til en moderne jetmotor. Samtidig har de på grunn av størrelsen en ekstremt stor overflate i forhold til volumet.
  • Det betyr at de lett smelter i motoren og blir til en klisset substans som setter seg på turbinblader og andre motordeler. Resultatet er det man i flybransjen kaller en ”flame out”, det vil si at motoren slukker og stopper.
  • Selv om en motor skulle la seg starte igjen etter en slik stans vil overhalingskostnadene beløpe seg til millioner av dollar.
  • Asken kan også tette pitotrøret som kan gi falsk hastighetsinformasjon. Dette er en slags vindmåler som måler lufthastigheten og som er helt nødvendig for å justere motorer og kontroller i flyet.
  • I tillegg kan asken sandblåse vinduene og ødelegge sikten ut fra cockpit.

Vanlig problem

  • Selv om vi er uvant med vulkansk aske i Europa er problemet utbredt andre steder.
  • Det australske selskapet Quantas, som flyr mye i vulkansk aktive sydøst Asia, bruker rundt 25 millioner koner årlig i ekstra brennstoff på å fly rundt varslede askeskyer.
  • Det er alltid en eller flere askeskyer i verden. Det hender at fly flyr gjennom dem. Flyselskaper skal rapportere det, men de gjør det ikke alltid av ulike årsaker.

Faren med askeskyene fra Island kommer fra en blanding av vulkanisme og meteorologi. To fagområder vi bare kan observere, men hvis konsekvenser vi ikke kan gjøre stort med. Gjennom historien har menneskeheten fått merke slike naturfenomener på kroppen utallige ganger. Det har skapt klimaendringer og hungersnød. Denne gangen er det moderne luftfart som har fått føle konsekvensene.

Aske

Når det snakkes om aske fra vulkaner er det ikke aske i vanlig forstand. Dette er ikke aske fra forbrenning av karbon, men finkornige mineraler som spys ut med stort trykk. Når magmaet i vulkanen stiger opp til overflaten kjøles det ned, men når det kommer i kontakt med vann, slik som det smeltede brevannet på Island inntreffer det eksplosjoner. Resultatet er at det spys ut fraksjoner fra enorme steinblokker til svært finkornet mineralpulver. Det er dette pulveret vi kaller aske. Denne asken kan variere i kornstørrelse fra 1 til 10 mikrometer – tusendels millimeter. Hvordan mekanismen som genererer de enorme askemengdene virker er ikke helt forstått.

Det er det høye innholdet av silikatmineraler i asken som først og fremst er farlig. Innholdet av slike silisiumholdige mineraler ligger oftest på mellom 60 og 80 prosent.

SER ASKEN: Gjennom å analysere generelle sensordata fra satellitter kan teknikken som Fred Prata ved NILU har utviklet sammenlikne ulike bølgelengder og finne hvordan utslippet fra vulkaner brer seg ut. Sammenlikning av ulike bølgelengder gjør det mulig å skille ut vann, svoveldioksid og aske. Her er et øyeblikksbilde av utslipp fra en vulkan i Karibien som nettopp hadde utslipp i februar.

Varsling

Det at vi nå, og spesielt i Europa, opplever den største stillstanden i flytrafikken noen gang, betyr ikke at vulkansk aske er noen nyhet for flytrafikken. Rundt om i verden har en vulkan et utbrudd omtrent en gang hver uke og utløser potensiell fare for flytrafikken.

Rundt om i verden finnes det derfor ni varslingssentre for vulkansk aske, VAAC - Volcanic Ash Advisory Centres. I Europa er det to. Et i London som drives av det engelske meteorologiske instituttet Met Office, og et i Toulouse i Frankrike.

Det er senteret i London som har ansvar for overvåkning og varsling av vulkansk aske som stammer fra Island og som brer seg ut i nordatlanteren, hvor vi finner noen av de mest trafikkerte flyrutene i verden. Senteret samler inn data fra seismiske analyser, fra øyenvitner og fra satellittmålinger og beregner sammen med værdata hvordan asken vil bre seg ut.





Satellittmålinger

Den viktigste informasjonskilden om askeutbredelse er satellittmålinger. Moderne jordobservasjonssatellitter ser ned på jorden med en rekke instrumenter. Sensorer som måler refleksjon i det infrarøde området brukes for å hente ut slik informasjon. Algoritmen som ble utviklet for å finne aske i slike IR-spektre ble utviklet av australieren Fred Prata for over 20 år siden. Prata arbeider nå som seniorforsker ved NILU – Institutt for Luftforskning på Kjeller.

Satellittmålingene som Prata utnyttet var egenlig ikke beregnet på å finne aske, men ved å se på absorpsjonsmønsteret i to bestemte bølgelengder og sammenlikne dem kunne han med stor nøyaktighet fastslå at dette kom fra silikater i aske.

Den viktigste kilden til slike målinger er geostasjonære satellitter. De ligger på samme sted i forhold til jordoverflaten, 37 000 km over ekvator. Fordelen med disse er at de har et konstant utsyn over jorden. Ulempen er at de er langt unna askeskyene og at de har begrensinger mot nordlige og sørlige områder. Island er helt i randsonen av virkeområdet til de geostasjonære satellittene.

TURBINSKADER: Her ses skader på fremre kant av et turbinblad fra en finsk F-18 jetmotor. De glassaktige dråpene er for det meste kvarts som er smeltet og som kleber til overflaten på bladene.

Tar tid

Den andre kilden til infrarøde data er jordobservasjonssatellitter som flyr i en polar bane. De flyr i rundt 800 km høyde og går rundt jorden på ca 100 minutter. Etter hvert som jorden roterer beskriver de en ny bane, og avhengig av hvor bredt synsfelt de har, kan det ta fra et til to døgn før de kan observere det samme området på nytt. Det er alt for lang tid til å gi effektiv varsling.

Det tar rundt 15 minutter fra det skjer et askeutbrudd til det foreligger et varsel fra de dataene som kommer fra satellitter. Det er hvis utbruddet oppfattes av geostasjonære satellitter. Hvis ikke kan det ta mange timer. Og selv et kvarter kan være for sent. Et kraftig utbrudd kan sende enorme askemengder 10 km oppi lufta i løpet av fem minutter. Deretter brer seg asken raskt ut med de kraftige vindene i disse høydene.





Om bord

Satellittmålinger alene kan ikke se hvordan konsentrasjonen er i de ulike luftlagene. De kan bare gi et flatebilde ovenfra. Derfor har Prata har videreutviklet varslingsteknologien ved NILU til et spesialkamera som kan monteres om bord i fly. Med et slikt kamera om bord kan piloten ”se” et mye mer finmasket bilde av askeskyer på 100 km avstand. Det betyr et varsel på rundt 5 minutter. Kameraet vil sammen med satellittmålinger kunne brukes til å manøvrere flyet rundt skyene, eller opp og ned til luftlag med mindre konsentrasjon.

Integrert med radarsystemet om bord i fly kan kameraet bidra til å holde lufttrafikken i gang fordi den tilbyr flygerne et detaljert lokalt bilde av situasjonen. Dermed kan man unngå å stenge ned enorme luftrom slik man gjøre i dag av sikkerhetshensyn.

Nordens største elbilkonferanse
Få med deg «Nordic EV Summit 2017» tirsdag 7. februar.
Union Scene, Drammen, Norway.