Drone monitoring of volcanic lakes in Costa Rica: a new approach

Abstract

For the first time ever, samples were collected from volcanic lake waters in Costa Rica using an unmanned aerial vehicle (drone), which represents a major achievement in human–machine interaction and innovation in the technology sector. A Matrice 600 Pro drone was used for remote sampling in the hyperacid crater lake of the Poás volcano, the mildly acidic Lake Botos, and the nearly neutral Lake Hule. A bailer bottle of 250 mL and a HOBO temperature probe, mounted on the drone, were deployed using a specially designed delivery retrieval system. A comparison was carried out relating to the geochemistry of lake water collected by drone as opposed to the hand-collected samples. The SO4 −2/Cl ratios of the two samples at Poás hyperacid crater lake were similar, (1.1 ± 0.2) on average, an indication of a lake with homogenous water composition. The Lake Hule showed a similar composition to that registered 20 years ago. The waters from Lake Botos showed some differences, which may be explained by the influence of springs at the bottom of the lake, but the Wilcoxon’s signed-rank test showed a good exhibit of a satisfactory level of similarity. Autonomous navigation proves to be very useful for faster, more efficient, reliable, and less hazardous sampling of volcanic lakes.

Por primera vez, se recolectaron muestras de aguas de lagos volcánicos en Costa Rica utilizando un vehículo aéreo no tripulado (dron), lo que representa un gran logro en la interacción hombre-máquina y la innovación en el sector tecnológico. Se utilizó un dron Matrice 600 Pro para el muestreo remoto en el lago del cráter hiperácido del volcán Poás, el lago Botos ligeramente ácido y el lago casi neutral Hule. Se desplegó una botella de achique de 250 ml y una sonda de temperatura HOBO, montada en el dron, utilizando un sistema de recuperación de entrega especialmente diseñado. Se llevó a cabo una comparación relacionada con la geoquímica del agua del lago recolectada por drones en comparación con las muestras recolectadas a mano. Las relaciones SO4-2/Cl de las dos muestras en el lago del cráter hiperácido del Poás fueron similares (1,1 ± 0,2) en promedio, una indicación de un lago con una composición de agua homogénea. El lago Hule mostró una composición similar a la registrada hace 20 años. Las aguas del lago Botos mostraron algunas diferencias, que pueden explicarse por la influencia de los manantiales en el fondo del lago, pero la prueba de rangos con signo de Wilcoxon mostró una buena exhibición de un nivel satisfactorio de similitud. La navegación autónoma demuestra ser muy útil para obtener un muestreo de lagos volcánicos más rápido, eficiente, confiable y menos peligroso.