پیش‌بینی دقیق فوران آتشفشان‌ها یکی از چالش‌های بزرگ در حوزه زمین‌شناسی و فناوری‌های مرتبط است که می‌تواند نقش بسیار مهمی در کاهش تلفات جانی و مالی ناشی از این پدیده‌های طبیعی داشته باشد. اخیراً پژوهشگران با بهره‌گیری از فناوری‌های نوین، به نشانه‌های طبیعی و قابل رصد جدیدی دست یافته‌اند که می‌تواند به عنوان ابزاری پیشگیرانه و هشداردهنده در سیستم‌های پایش آتشفشان‌ها به کار گرفته شود. یکی از این نشانه‌ها، تغییر رنگ برگ‌های درختان در نزدیکی آتشفشان‌ها است که ارتباط مستقیمی با فعالیت زیرسطحی ماگما و انتشار گازهای مرتبط دارد.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، زمانی که آتشفشان به مرحله‌ای نزدیک می‌شود که احتمال فوران آن افزایش می‌یابد، جریان ماگما به سمت سطح زمین حرکت می‌کند و با نزدیک شدن به سطح، میزان دی‌اکسید کربن آزاد شده از خاک و سنگ‌های اطراف به طور چشمگیری افزایش می‌یابد. این گاز دی‌اکسید کربن در فضاهای ریشه درختان نفوذ کرده و باعث تحریک فرایند فتوسنتز و در نتیجه سبزتر شدن برگ‌ها می‌شود. این تغییر رنگ برگ‌ها را می‌توان به وسیله شاخص تفاوت استانداردشده پوشش گیاهی (NDVI) که توسط ماهواره‌های فضایی ثبت می‌شود، به شکل دقیق و قابل اطمینانی رصد کرد.
یکی از مزیت‌های اصلی استفاده از داده‌های ماهواره‌ای برای تحلیل تغییرات NDVI این است که این روش نیازمند حضور فیزیکی پژوهشگران در محل و یا استفاده از حسگرهای زمینی پرهزینه و محدود نیست. این سامانه هشدار اولیه قادر است حتی در مناطق صعب‌العبور و دورافتاده نیز به صورت مستمر و گسترده اطلاعات مورد نیاز را جمع‌آوری و تحلیل کند. این ویژگی باعث می‌شود که بتوان این روش را به عنوان مکمل بسیار کارآمدی در سیستم‌های پیش‌بینی فوران آتشفشان در نظر گرفت و از ریسک‌های انسانی و مالی در مواقع بحران کاست.
دکتر نیکول گوئین، دانشمند برجسته آتشفشان‌شناس از دانشگاه هیوستون، با تاکید بر توانمندی‌های ماهواره‌های موجود، اظهار داشت که دسترسی گسترده به تعداد زیادی ماهواره امکان انجام تحلیل‌های پیچیده و دقیق را فراهم کرده است. دکتر گوئین سرپرست مطالعه‌ای است که به تازگی با استفاده از داده‌های حسگرهای زمینی و تصاویر ماهواره‌ای فعالیت کوه آتشفشانی اِتنا در ایتالیا را بررسی کرده است. نتایج این پژوهش نشان‌دهنده وجود یک رابطه قوی و معنادار میان افزایش سطح دی‌اکسید کربن منتشر شده و سبزتر شدن برگ درختان اطراف کوه است که تاییدکننده فرضیه استفاده از این تغییرات به عنوان یک شاخص هشداردهنده است.
این مطالعه گسترده در طول دو سال انجام شده و پژوهشگران توانسته‌اند ۱۶ دوره افزایش محسوس در مقدار دی‌اکسید کربن و شاخص NDVI را ثبت کنند که این افزایش‌ها با حرکت ماگما در عمق زمین همزمان بوده است. جالب توجه است که این الگوها حتی در مناطقی فراتر از گسل‌های کوه نیز مشاهده شده که نشان‌دهنده تاثیرات گسترده‌تر و عمیق‌تر فعالیت آتشفشانی بر محیط زیست اطراف است.
مطالعه کنونی به پژوهش پیشین سال ۲۰۱۹ نیز استناد می‌کند که توسط رابرت بوگ، دانشمند آتشفشان‌شناس دانشگاه مک‌گیل انجام شده بود. تحقیقات بوگ نشان داد که دی‌اکسید کربن منتشر شده از دو آتشفشان فعال در کاستاریکا تاثیر محسوسی بر رنگ برگ‌های درختان گرمسیری منطقه داشته است. یافته‌های وی زمینه‌ساز گسترش کاربردهای تحلیل تصاویر ماهواره‌ای برای نظارت بر تغییرات پوشش گیاهی ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی شد.
در حال حاضر، دکتر گوئین و رابرت بوگ همراه با تیمی از پژوهشگران، در پروژه‌ای مشترک با رهبری ناسا و موسسه اسمیتسونین فعالیت می‌کنند که تمرکز آن بررسی دقیق‌تر تغییرات رنگ پوشش گیاهی اطراف آتشفشان‌ها در مناطق پاناما و کاستاریکا است. این پروژه که بخشی از ماموریت آزمایش یکپارچه اعتبارسنجی هوابرد از خشکی تا اقیانوس (AVUELO) محسوب می‌شود، هدف دارد تا با استفاده از فناوری‌های ماهواره‌ای نوین، روش‌های بهتری برای ارزیابی سلامت زمین توسعه دهد. این در حالی است که ابزارهای کنونی، مانند رصدخانه مدارگرد کربن ۲ ناسا، تنها قادر به شناسایی فوران‌های بزرگ و پرانرژی هستند.
رابرت بوگ به محدودیت‌های فعلی فناوری‌های ماهواره‌ای اشاره می‌کند و می‌گوید: «آتشفشان‌هایی که مقادیر نسبتاً کمی دی‌اکسید کربن منتشر می‌کنند، که می‌تواند نشانه‌ای از فوران قریب‌الوقوع باشد، معمولاً در تصاویر ماهواره‌ای قابل مشاهده نیستند.» بنابراین، هدف اصلی پژوهشگران یافتن شاخصی جایگزین است که بتواند به صورت غیرمستقیم و از طریق تغییرات رنگ پوشش گیاهی، تغییرات در انتشار گازهای آتشفشانی را نشان دهد و به این ترتیب امکان پیش‌بینی بهتر فوران‌ها را فراهم آورد.
علاوه بر این شاخص نوظهور، پیش‌تر نیز علائم دیگری مانند لرزش‌های زلزله‌نگاری و تغییر ارتفاع سطح زمین به عنوان شاخص‌های مهم در پیش‌بینی فوران‌ها به کار گرفته می‌شدند. اکنون با اضافه شدن تغییرات سبز شدن برگ درختان ناشی از افزایش دی‌اکسید کربن، ابزار جدیدی در دسترس دانشمندان قرار گرفته است که البته هنوز مشخص نیست در تمام مناطق و شرایط محیطی به طور یکسان موثر باشد.
پروژه AVUELO فراتر از صرفاً پیش‌بینی فوران آتشفشان به بررسی اثرات گسترده‌تر افزایش دی‌اکسید کربن بر پوشش گیاهی می‌پردازد. با توجه به روند افزایشی گرمایش زمین و افزایش انتشار دی‌اکسید کربن ناشی از فعالیت‌های انسانی، فهم بهتر واکنش پوشش گیاهی به این گازها از اهمیت بالایی برخوردار است و می‌تواند نقش کلیدی در مدیریت تغییرات اقلیمی ایفا کند.
جاش فیشر، دانشمند اقلیم‌شناس از دانشگاه چپمن کالیفرنیا، در این باره بیان می‌کند: «علاوه بر استفاده از واکنش درختان به دی‌اکسید کربن ناشی از فعالیت‌های آتشفشانی به عنوان یک هشدار اولیه، ما در تلاشیم تا میزان جذب این گاز توسط درختان را نیز بسنجیم. این داده‌ها می‌تواند چشم‌اندازی مهم درباره آینده‌ای ارائه دهد که در آن تمام جنگل‌ها و درختان کره زمین در معرض سطوح بالای دی‌اکسید کربن قرار خواهند گرفت و نقش آن‌ها در جذب این گاز حیاتی‌تر از همیشه خواهد بود.»
بنابراین، بهره‌گیری از فناوری‌های ماهواره‌ای برای پایش تغییرات رنگ پوشش گیاهی نه تنها گامی بزرگ در جهت ارتقای سامانه‌های هشداردهنده فوران آتشفشان به شمار می‌رود، بلکه می‌تواند به شناخت بهتر واکنش‌های اکوسیستم‌ها در مقابل تغییرات زیست‌محیطی و اقلیمی کمک کند؛ موضوعی که در دنیای امروز با توجه به تغییرات سریع اقلیم، اهمیت فزاینده‌ای یافته است.