Monitoring Volcanic Eruptions with Geographical Information Systems and Remote Sensing Methods: The Case Study of Cumbre Vieja Volcano (Spain)

Abstract

Natural disasters are defined as events that cause various losses for people and affect all living things by interrupting life. Volcanoes have affected natural life in various ways, from the existence of the earth to the present. While they have benefits in various aspects (heating-geothermal waters, etc.), they also have harmful effects. Volcanic eruptions, one of the natural disasters, have caused many destructions and deaths throughout human history and continue to do so. In today's technology, Geographical Information Systems and Remote Sensing tools are used as an integral part of management and monitoring for monitoring volcanic disasters. GIS and Remote Sensing are used as modern and useful data collection and processing, analysis, querying, and updating tools. In this study, it was aimed to examine the effects of lava from Cumbre Vieja volcano on La Palma island on people, structures and land cover, using Pleiades-1A, CosmoSky Med, GeoEye-1 and Landsat 8 data between 19 September and 15 November 2021. It was determined that the lava coming out of the volcano spread over an area of 1,042.07 hectares. In this area, it was revealed in the analyzes that 2,749 buildings were destroyed or partially damaged. The length of the damaged transportation lines reached 80.1 km. The Land surface temperature analysis, the temperature changes of the region before and after the explosion were examined. As a result of the GIS and UA analyzes, it was determined that various agricultural areas and forest areas, as well as residential areas and the ocean, were also damaged.

Keywords

• Geographical Information Systems
• Natural Disaster
• Risk Analysis
• Volcanic Eruption
• Cumbre Vieja

Volkan Patlamalarının Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Uzaktan Algılama Yöntemleri ile İzlenmesi: Cumbre Vieja Volkanı (İspanya) Örneği

Abstract

Doğal afetler insanlar için çeşitli kayıplar oluşturan, hayatı kesintiye uğratarak tüm canlıları etkileyen olaylar olarak tanımlanmaktadır. Volkanlar, yerkürenin var oluşundan günümüze kadar geçen süre içerisinde, doğal yaşamı çeşitli açılardan etkilemişlerdir. Çeşitli açılardan yararları olduğu gibi (ısınma-jeotermal sular vb.), zararları da olmuştur. Doğal afetlerden bir tanesi olan volkanik patlamalar insanlık tarihi boyunca birçok yıkıma ve ölüme neden olmuştur ve olmaya devam etmektedir. Günümüz teknolojisinde volkanik afetlerin izlenmesinde Coğrafi Bilgi Sistemleri ve Uzaktan Algılama araçları, yönetim ve takibin ayrılmaz birer parçası olarak kullanılmaktadırlar. CBS ve Uzaktan Algılama, modern ve kullanışlı bir veri toplama ve işleme, analiz etme, sorgulama ve güncelleme araçları olarak kullanılmaktadırlar. Bu çalışmada 19 Eylül - 15 Kasım 2021 arasında geçen süre içerisinde Pleaides-1A, CosmoSky Med-radar, GeoEye-1 ve Landsat 8 verileri kullanılarak La Palma adasındaki Cumbre Vieja volkanından çıkan lavların adada yaşayan insanlara, yapılara ve arazi örtüsüne etkileri incelenmesi amaçlanmıştır. Volkandan çıkan lavların 1,042.07 hektarlık alana yayıldığı belirlenmiştir. Bu alan içerisinde 2,749 adet binanın tamamen yıkılmış veya kısmen hasar gördüğü yapılan analizlerde ortaya çıkarılmıştır. Zarar gören ulaşım hatlarının uzunluğu ise 80.1 km’ye ulaşmıştır. Yer yüzey sıcaklığı analizi ile bölgenin patlama öncesi ve sonrasına ait sıcaklık değişimi incelenmiştir. Yapılan CBS ve UA analizleri sonucunda çeşitli tarım alanları ve ormanlık alanlar ile birlikte yerleşim alanları ve okyanusun da zarar gördüğü saptanmıştır.

Keywords

• Coğrafi Bilgi Sistemi
• Doğal Afet
• Risk Analizi
• Volkan Patlaması
• Cumbre Vieja

References

1. Akyürek Ö., (2020) Termal Uzaktan Algılama Görüntüleri ile Yüzey Sıcaklıklarının Belirlenmesi: Kocaeli Örneği, Doğal Afetler ve Çevre Dergisi, 6(2), 377-390.
2. Alcorn R., Panter K. S., Gorsevski P. V., (2013), A GIS-based volcanic hazard and ris assessment of eruptions sourced within Valles Caldera, New Mexico, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 267, 1-14 doi: 10.1016/j.jvolgeores.2013.09.005.
3. Aldeghi A., Carn S., Escobar-Wolf R., Groppelli G., (2019), Volcano Monitoring from Space Using High–Cadence Planet CubeSat Images Applied to Fugeo Volcano, Guatemala, Remote Sensing, 11(18), 2151, doi: 10.3390/rs11182151.
4. Arca D., (2012), Afet Yönetiminde Coğrafi Bilgi Sistemi ve Uzaktan Algılama, Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, 2(2), 53-61.
5. Bignami C., Chini M., Amici S., Trasatti E., (2020), Synergic Use of Multi-Sensor Satellite Data for Volcanic Hazards Monitoring: The Fogo (Cape Verde) 2014-2015 Effusive Eruption, Frontiers in Earth Science, 8(22), 1-14, doi: 10.3389/feart.2020.00022.
6. Carracedo J. C., Badiola E. R., Guillou H., de la Nuez J., Perez Torrado F. J., (2001) Geology and Volcanology of La Palma and El Hierro, Western Canaries, Estudios Geologicos, 57, 175-273.
7. Cigna F., Tapete D., Lu Z., (2020), Remote Sensing of Volcanic Process and Risk, Remote Sensing, 12(16), 2567, doi: 10.3390/rs12162567.
8. Davila N., Capra L., Ferres D., Gavilanes-Ruiz J.C., Flores P., (2019), Chronology of the 2014–2016 Eruptive Phase of Volcan de Colima and Volume Estimation of Associated Lava Flows and Pyroclastic Flows Based on Optical Multi-Sensors, Remote Sensing, 11(10), 1167, doi: 10.3390/rs11101167.

9. Ergünay O., (1996), Afet yönetimi nedir? Nasıl olmalıdır, TÜBİTAK Deprem Sempozyumu, Ankara, Türkiye, ss.263-272.
10. Escayo J., Fernandez J., Prieto J. F., Camacho A.G., Palano M., Aparicio A., Rodriguez-Velasco G., Ancochea E., (2020), Geodetic Study of the 2006–2010 Ground Deformation in La Palma (Canary Island): Observational Results, Remote Sensing, 12(16), 1-23. https://doi.org/10.3390/rs12162566.
11. Güngör Y., (2017), Dünyayı Etkileyen önemli Afetler ve Alınan Dersler, Acil Yardım ve Afet Yönetimi Lisans Tamamlama Programı Ders Notları, http://auzefkitap.istanbul.edu.tr/kitap/acilyardimveafetyonetimi_ao/deavad.pdf, [Erişim 06 Aralık 2021].
12. Joubert-Boitat I., Wania A., Dalmasso S., (2020), Manual for CEMS-Rapid Mapping Products, Publications Office of the European Union, Luxembourg, ISBN 978-92-76-21683-4, doi:10.2760/29876, JRC121741.
13. Mouginis-Mark P.J., (2000), Remote Sensing Observations For Volcamo Monitoring And Hazard Mitigation, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, 33(B7), 905-910.
14. Nurwihastuti D.W., Astuti A.J.D., Yuniastuti E., Perangin-Angin R.B.B., Simanungkalit N.M., (2019), Volcanic hazard analysis of Sinabung volcano eruption in Karo North Sumatra Indonesia, 1st International Conference on Advance and Scientific Innovation (ICASI), Medan, Endonezya.
15. Şekertekin A., Bonafoni S., (2020), Land Surface Temperature Retrieval from Landsat 5, 7, and 8 over Rural Areas: Assessment of Different Retrieval Algorithms and Emissivity Models and Toolbox Implementation, Remote Sensing, 12(2), 294, doi: 10.3390/rs12020294.
16. Sobrino J.A., Jimenez-Munoz J.C., Paolini L., (2004), Land surface temperature retrieval from Landsat TM 5, Remote Sensing of Environment, 90(4), 434-440.
17. Suwarsono H., Suprapto T., Yulianto F., Zylshal Z., Prasasti I., Sofan P., Khomarudin R., (2016), Detecting The Damaged Areas Caused By Sinabung Volcano Eruption During 2013-2016 Using Landsat-8 Multitemporal, The 2nd International Conference of Indonesian Society for Remote Sensing (ICOIRS 2016), Yogyakarta, Endonezya, ss.212-223.
18. URL-1, (2021), Icelandic eruption, Britannica, https://www.britannica.com/science/Icelandic-eruption#/media/1/281355/3256, [Erişim 22 Kasım 2021].
19. URL-2, (2021), Global Volcanism Program, Report on La Palma (Spain). In: Sennert, S K (ed.), Weekly Volcanic Activity Report, 15 September-21 September 2021, Smithsonian Institution and US Geological Survey [Erişim 16 Kasım 2021].
20. URL-3, (2022), Home page. Smithsonian Institution National Museum of Natural History Global Volcanism Program, https://volcano.si.edu/volcano.cfm?vn=383010#September2021, [Erişim 04 Ocak 2022].
21. URL-4, (2013), Global Volcanism Program, Volcanoes of the World, v. 4.10.3 (15 Oct 2021). Venzke, E (ed.), Smithsonian Institution, https://doi.org/10.5479/si.GVP.VOTW4-2013, [Erişim 16 Kasım 2021].
22. URL-5, (2022), Copernicus Emergency Management Service Mapping, COPERNICUS Emergency Management Service Mapping, https://emergency.copernicus.eu/mapping/list-of-components/EMSR546, [Erişim 08 Şubat 2022].
23. URL-6, (2021), What is COPERNIUS, COPERNICUS Emergency Management Service Mapping, https://emergency.copernicus.eu/ mapping/ems/what-copernicus, [Erişim 15 Kasım 2021].
24. URL-7, (2022), Quality Control, COPERNICUS Emergency Management Service Mapping, https://emergency.copernicus.eu/ mapping/ems/quality-control-0, [Erişim 11 Şubat 2022].
25. URL-8, (2021), Global Volcanism Program, Report on La Palma (Spain). In: Sennert, S K (ed.), Weekly Volcanic Activity Report, 8 September-14 September 2021, Smithsonian Institution and US Geological Survey [Erişim 04 Ocak 2022].
26. URL-9, (2021), Global Volcanism Program, Report on La Palma (Spain). In: Sennert, S K (ed.), Weekly Volcanic Activity Report, 22 September-28 September 2021, Smithsonian Institution and US Geological Survey [Erişim 08 Şubat 2022].
27. URL-10, (2021), Overall Orange alert Volcanic eruption for La Palma in Spain, GDACS (Global Disaster Alert and Coordination Systems), https://www.gdacs.org/Volcanoes/report.aspx?eventid=1000031&episodeid=32&eventtype=VO, [Erişim 24 Kasım 2021].
28. Yıldız A., Bağcı M., Başaran C., Çonkar F.E., Ayday C., (2017), Landsat 8 uydu verilerinin jeotermal saha araştırmalarında kullanılması: Gazlıgöl (Afyonkarahisar) çalışması, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17, 277-284.