Using UAS with Sniffer4D payload to document volcanic gas emissions for volcanic surveillance

Abstract

A consistent volcanic monitoring program is crucial to the safety of the population and the efficiency of the nation. Costa Rica´s National Commission for Risk Prevention the CNE helps manage this responsibility. The National Observatory for Volcanoes OVSCORI UNA and the Atmospheric Chemistry Laboratory LAQAT-UNA of Universidad Nacional Costa Rica through a joint cooperation both have a strategic interest in monitoring and tracking volcanic activity. One aspect of monitoring volcanoes is tracking the active emissions being released from the craters, subaerial and subaqueous fumaroles, and diffuse degassing through soil and cracks. For this study the Sniffer4D gas detection payload was deployed on an UAS and flown directly into the active West Crater of the Turrialba volcano in 2022 for readings of active emissions. The Turrialba volcano is located 40 km or 25 miles East of San José the Capital city of Costa Rica where the majority of the population live. Between 2016-2017 an eruption column emerged 4,000 meters or 13,123 feet above the summit crater of the Turrialba volcano and dispersed ash in the capital resulting in airport closures. Thus, monitoring the Turrialba volcano is of great importance to the country. The UAS system deployed carried the Sniffer4D which tested for Temperature, Humidity and 9 additional parameters - Sulfur Dioxide SO2 (µg/ m3), Volatile Organic Compounds VOCs (ppm), Carbon Monoxide CO (mg/m3), Carbon Dioxide CO2 (%), Ozone O3 (µg/ m3), Nitrogen Dioxide NO2 (µg/ m3), O3+NO2 and Particulate Matter - PM 1.0, 2.5 & 10. The main objective was to characterize the volcanic plume of Turrialba for all of these parameters to establish a baseline that can be built upon in the future through additional measurements to determine changes in outgassing regime of the volcano. This was the first time the Turrialba volcano has been tested for these parameters.Un programa consistente de monitoreo volcánico es crucial para la seguridad de la población y la eficiencia de la nación. La Comisión Nacional para la Prevención de Riesgos (CNE) de Costa Rica ayuda a gestionar esta responsabilidad. El Observatorio Nacional de Volcanes OVSCORI UNA y el Laboratorio de Química Atmosférica LAQAT-UNA de la Universidad Nacional de Costa Rica a través de una cooperación conjunta tienen un interés estratégico en el monitoreo y seguimiento de la actividad volcánica. Un aspecto del seguimiento de los volcanes es el seguimiento de las emisiones activas que se liberan desde los cráteres, las fumarolas subaéreas y subacuáticas y la desgasificación difusa a través del suelo y las grietas. Para este estudio, la carga útil de detección de gas Sniffer4D se implementó en un UAS y se llevó directamente al cráter occidental activo del volcán Turrialba en 2022 para realizar lecturas de emisiones activas. El volcán Turrialba está ubicado a 40 km o 25 millas al este de San José, la capital de Costa Rica, donde vive la mayoría de la población. Entre 2016 y 2017, una columna de erupción surgió a 4.000 metros o 13.123 pies sobre el cráter de la cumbre del volcán Turrialba y dispersó cenizas en la capital, lo que provocó el cierre de aeropuertos. Por ello, el monitoreo del volcán Turrialba es de gran importancia para el país. El sistema UAS desplegado llevaba el Sniffer4D que probó la temperatura, la humedad y 9 parámetros adicionales: dióxido de azufre SO2 (μg/m3), compuestos orgánicos volátiles COV (ppm), monóxido de carbono CO (mg/m3), dióxido de carbono CO2 (%) , Ozono O3 (μg/ m3), Dióxido de Nitrógeno NO2 (μg/ m3), O3+NO2 y Material Particulado - PM 1.0, 2.5 y 10. El objetivo principal fue caracterizar la pluma volcánica de Turrialba para todos estos parámetros para establecer una línea de base que se puede aprovechar en el futuro mediante mediciones adicionales para determinar los cambios en el régimen de desgasificación del volcán. Esta fue la primera vez que se realizaron pruebas al volcán Turrialba para estos parámetros.