Forskere aflytter vulkanske rumlen for at forudsige udbrud

En ny undersøgelse har vist, at overvågning af uhørlige lave frekvenser kaldet infralyd produceret af en type aktiv vulkan kan forbedre prognosen for betydelige, potentielt dødelige udbrud.

Forskere fra Stanford og Boise State University analyserede den infralyd, der blev opdaget af overvågningsstationer på skråningerne af Villarrica -vulkanen i det sydlige Chile, en af ​​de mest aktive vulkaner i verden. Den karakteristiske lyd udspringer af hvirvlingen af ​​en lavasø inde i et krater ved vulkanens højdepunkt og ændres afhængigt af vulkanens aktivitet.

Undersøgelsen demonstrerede, hvordan ændringer i denne lyd signalerede en pludselig stigning i søniveauet, sammen med hurtige op-og-ned-bevægelser af den stigende sø nær kraterkanten lige foran et større udbrud i 2015. Sporing af infralyd i realtid og integration med andre data, såsom seismiske aflæsninger og gasemission, kan hjælpe med at advare nærliggende beboere og turister om, at en vulkan er ved at sprænge sin stak, sagde forskerne.

"Vores resultater peger på, hvordan infralyd kan hjælpe med at forudsige vulkanudbrud, "sagde studieforfatter Leighton Watson, en kandidatstuderende i laboratoriet af Eric Dunham, lektor ved Institut for Geofysik ved Stanford School of Earth, Energy &Environmental Sciences og også medforfatter. "Infralyd er potentielt et vigtigt stykke information til rådighed for vulkanologer for at måle sandsynligheden for et udbrud timer eller dage frem."

Studiet, offentliggjort 14. februar i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , ledes af Jeffrey Johnson, en lektor i geofysik ved Boise State University i Idaho.

Sovende kæmpe brøler vågen

Villarrica er et malerisk bjerg med en højde på 9, 300 fod. Den snedækkede vulkan væver over en sø og over for byen Pucón, som svulmer op til en kvart million mennesker i sommerturistsæsonen. Om natten, beboere i Pucón kan ofte se en skarlagenrød glød fra Villarricas lavasø, normalt skjult godt under vulkanens kant.

Den ildevarslende ro, der havde holdt ved Villarrica siden sidste udbrud i midten af ​​1980'erne, sluttede i de tidlige morgentimer den 3. marts, 2015. Et glødende springvand af lava raket fra bjergtoppen næsten en kilometer op i himlen, spytte aske og affald og udløse lyn fra de tykke varmegenererede skyer, der omslutter topmødet. Omkring 4, 000 mennesker evakuerede nærområdet. Udbruddet viste sig at være kortvarigt, imidlertid, og med minimal risiko for mudderskred og oversvømmelser fra smeltet sne, evakuerede vendte hurtigt tilbage til deres hjem.

Infralydsovervågningsstationer etableret i Villarrica kun to måneder før arrangementet i 2015 og vedligeholdt af medforfatter Jose Palma fra University of Concepcion i Chile fangede dets før-og-efter soniske aktivitet. Undersøgelse af disse data, forskergruppen så, at under opbygningen til udbruddet, tonehøjden for infralyd steg mens signalets varighed faldt. Flyovers i fly dokumenterede ændringerne i Villarricas lavasø, giver forskere mulighed for at undersøge forbindelser mellem dens højde og lydgenerationen.

Watson tilbød en musikalogi til at forklare dette forhold. Ligesom en person, der blæser ind i en trombone, eksplosioner fra gasbobler, der stiger og derefter brister ved overfladen af ​​lavasøen, skaber lydbølger. Ligesom formen på en trombone kan ændre tonehøjden på de noter, den producerer, kraterets geometri, der holder lavasøen, modulerer dens lyde. Når lavasøen er dybt nede i vulkanens krater, lyden registreres ved en lavere tonehøjde eller frekvens - "ligesom når en trombone forlænges, "sagde Watson. Når lavasøen stiger op i krateret, muligvis varsler et udbrud, lydens tonehøjde eller frekvens øges, "ligesom når trombonen trækkes tilbage, "sagde Watson.

Advarselsskilte

Fremtidig forskning vil søge at binde infralydsgenerering til andre kritiske variabler i vulkanovervågning og udbrudsprognoser, såsom seismicitet. Forud for et udbrud, seismisk aktivitet i form af små jordskælv og rystelser stiger næsten altid. Denne seismicitet stammer fra flere miles under jorden, da magma bevæger sig gennem vulkanens "VVS -system" af brud og ledninger, der forbinder vulkanens åbning med magmakamre i vores planets skorpe. Vulkanologer mener, at ændringer i lavasøniveauer - og deres ledsagende infralyd - skyldes injektion af ny magma gennem vulkansk VVS, øge chancerne for et voldsomt udbrud.

På denne måde, indsamlingen af ​​infralyd bør vise sig at være til gavn for prognoseformål ved vulkaner med "åben udluftning" som Villarrica, hvor en udsat sø eller lavakanaler forbinder vulkanens inderste med atmosfæren. Lukkede udluftningsvulkaner, imidlertid, hvor den samlende magma forbliver fanget under sten, indtil der opstår et eksplosivt udbrud, ikke generere den samme slags infralyd og dermed udgøre yderligere prognoseudfordringer. Et eksempel på en lukket udluftnings vulkan er Mount St. Helens i den sydvestlige del af staten Washington, hvis udbrud i 1980 fortsat er det mest dødelige og ødelæggende udbrud i USA's historie.

"Vulkaner er komplicerede, og der er i øjeblikket ingen universelt anvendelige midler til at forudsige udbrud. Efter al sandsynlighed er der vil aldrig være, "Sagde Dunham." I stedet for vi kan se på de mange indikatorer for øget vulkansk aktivitet, som seismicitet, gasemissioner, jorddeformation, og - som vi yderligere demonstrerede i denne undersøgelse - infralyd, for at lave robuste prognoser for udbrud. "