火山におけるその場ガスセンシングが限界を超える
地球上で最も過酷な環境におけるガス検知技術は、火山活動をよりよく理解し、人命を守るのに役立っている。
アンドレス・ディアス博士は、2025年6月2日にエトナ山が噴火し、高温のガスと火山灰が火口頂上から1キロ上空に舞い上がるのを、エトナ山のふもとで畏敬の念を抱きながら見ていた。
INFICONのシニアリサーチサイエンティストであり大学教授でもあるディアス博士は、政府機関や大学チームとともに、その場での火山計測のための新しい新興技術をテストする集中的な1週間のために、イタリアのシチリア島にある火山にいた。
「エトナ火山が噴火したのは、ちょうど私たちがいくつかの実験を準備しているときでした。火山の威力と、火山の状態を評価する技術の必要性を思い知らされました」とディアス博士は語った。「火山学者や観測機器の科学者たちは、火山がいつ噴火するかについての知識を深めるために、命がけで計測のテストを行っている。環境大災害を理解する唯一の方法はデータであり、それを予測し、現場の人々や市民を守るためのモニタリング能力が必要なのです"
過酷な環境下での試験
INFICONは、私たちのガス検知技術が半導体製造工場での過酷な環境を維持するようにデザインされているため、この研究に対してユニークな位置にあります。私たちはガス検知能力を製造工場から地球上の現場、さらには宇宙にまで広げることができました。INFICON Transpector® MPH質量分析計は最低レベルのガスを高速で検出することができ、主な種の検出に必要な質量範囲を持ち、最高レベルの性能を必要とする応用向けにデザインされています。
ディアス博士はイタリア国立地球物理学・火山学研究所（INGV）に招聘され、この火山に関する研究を継続することになった。この研究は、エトナ山の火山モニタリングのために、マルチロータードローンに搭載されたINFICON XPR質量分析計とその他の機器をテストし、アクティブプルーム排出の特徴を明らかにすることから2018年に始まった。彼はミネソタ大学で博士課程に在籍していた1995年に、小型で現場で持ち運び可能なガス検知機器を開発するためにこの研究を始めました。目標は、ガス検知機器とロボット技術の組み合わせで科学を発展させ、人命を守ることである。
この直近の訪問で、チームはロボットに搭載されたガス感知ペイロードの技術デモを行い、月アナログシナリオで宇宙をターゲットにした技術をテストしました（エトナは地形や課題が似ているため、NASAとESAが月と惑星のテストに選んだ数少ない場所のひとつです）。質量分析システム、電気化学センサ、赤外線センサ、フィールドポータブルシステムに統合された粒子センサなど、いくつかのINFICON機器をテストしました。テストは、気球、ロボット、ドローン、ハンドヘルド携帯機器といったさまざまなプラットフォームを使って、活発な噴煙、噴気孔、クレーター、溶岩チューブで行われました。
テストには以下が含まれる：
- ARAMMIS（Autonomous Robot for Area Mapping, Monitoring and In-situ Gas Sensing）は、ETHのRobotics System Labの脚式ロボットに搭載されたガス検知ペイロードである。これが活火山で達成されたのは初めてのことである。ARAMMISはINFICON Transpector MPH四重極質量分析計（2025年3月に月面に着陸したものと同じもの）を小型ポータブルシステムとロールプロテクションケージで使用し、ロボットのメインコンピュータで操作します。
- HAPSITE Scoutプロトタイプ。HAPSITE CDTに付随するマルチガスセンシングとサンプリングユニットで、ハンドポータブルとドローンまたはロボット操作用。主なガス放出を評価し、さらに詳細なGC/MS分析のためにリモートカートリッジにサンプルを収集します。
- MAMBA (Multi-Sensor Atmospheric Monitoring for Baseline Analysis)プロトタイプ。ETH Serenity FOCUSプロジェクトとの共同開発で、クレーターや溶岩チューブのような荒れた月のような地形の特性評価のためにSerenityローリングロボットを開発した、ガスとパラメトリック特性評価のための小型センシングパッケージ。私たちはこのシステムをランポーニ洞窟とラルゲット洞窟でテストした。
- プロジェクトに参加している大学が開発したガスセンサーを搭載した気球と小型ドローンの運用。
研究の重要性
地球人口の非常に多くが活火山の周辺に住んでいる。ガス漏れの検知と分析を通じて、火山が私たちに伝えることを「聞く」ことによって、私たちは火山の警告によりよく対応できるようになる。私たちが測定するガスを通してより多くのデータを収集し、より多くのシステムを配備することができれば、より優れた予測能力を持つことができる。
簡単に言えば、この原位置ガス計測器を他のモニタリング・パラメーターと統合することで、私たちは人命を救うことができる。
仕組み
火山の噴火は、マグマが地表に上昇し、ガスを放出し、圧力を発生させ、噴火前に揺れ（地震活動）やその他の測定可能な変化を引き起こすことで起こる。
ディアス博士は、ガスをその場で測定することで、火山の内部で何が起こっているかを理解することができると説明した。新しいマグマがマグマだまりに充満するにつれて脱ガスが起こり、ガス濃度の変化は、火山噴煙や噴気フィールドのいずれにおいても、私たちのガス検知装置でモニターすることができます。これらの変化をモニタリングすることで、噴火活動の引き金や前兆現象を発見することができる。
エトナ山のフィールド・キャンペーンは、ロボットやドローンがガス検知機器を統合し、火山ガス排出の測定を実施する能力を実証することで、火山モニタリングの日常的なツールとして取り入れることに成功した。これらのツールを使用することで、噴火している火山の近くで測定を行う危険な作業に人間を送り込むことを避けることができる。
「非常に困難で、技術的にも現場的にも多くの課題がありましたが、最終的には成功しました。プロトタイプから製品へと技術が成熟するにつれて、私たちは改善を続けていきます」とディアス博士は語った。「最新の技術、プラットフォーム、センサーをテストし、原位置での火山モニタリングの理解を深めるための能力とデータアクセスを向上させることができたのは、研究仲間との共同作業の成果です。最終的には世界中の火山観測所で日常的な活動に導入されることを望んでいます。"
INFICONに加え、以下のグループが参加した： カターニア、ローマ、パレルモのINGV研究グループのほか、チューリッヒ工科大学（スイス連邦工科大学）、カターニア大学、パレルモ大学、ピサ大学、コスタリカ大学の研究者が参加した。
ディアス博士はこの重要な研究を続けるため、来年また戻ってくることを望んでいる。INFICONはin situガスセンシングの商業的パートナーであることを誇りに思っています。
