Forskere bruger 4-D-scanning til at forudsige adfærd fra vulkaner

Forskere bruger det seneste inden for 4-D-teknologi til at forudsige lavastrømmenes adfærd og dens implikationer for vulkanudbrud.

Resultaterne forklarer, hvorfor nogle lavastrømme kan tilbagelægge kilometer på blot et par timer, mens andre rejser langsommere under et udbrud, fremhæver faren ved hurtigt bevægende strømme, som ofte udgør den største fare for civilbefolkningen tæt på vulkaner.

Forskningen, som ledes af University of Manchester, studerer de processer, der sker under krystallisation i basaltiske magmaer ved hjælp af 4-D synkrotron røntgenmikrotomografi. Det er første gang, denne form for 4-D scanningsteknologi er blevet brugt til at undersøge krystallisation under vulkanudbrud og til at simulere adfærden af ​​en naturlig lavastrøm. Undersøgelsen er offentliggjort i Naturvidenskabelige rapporter .

Holdet, ledet af prof Mike Burton, formand for vulkanologi ved universitetet, overvåget krystallisation i magmaer, en grundlæggende proces, der driver udbrud og kontrollerer forskellige former for vulkansk aktivitet. Ved at bruge denne nye og nye tilgang og teknologi kan de, for første gang, se krystallerne vokse i 3D i realtid, simulering af lavastrømme, når en vulkan er i udbrud. Processen ligner scener, der for nylig blev set i Kilauea på Hawaii.

Prof Burton forklarer:"Under vulkanudbrud vokser små krystaller inden for magma. Disse krystaller kan i høj grad ændre måden, hvorpå magma flyder. Enkelt sagt, jo flere krystaller der er, jo langsommere vil udbruddet være, hvilket også reducerer hastighed og afstand tilbagelagt af lavastrømme. "

"Jo færre krystaller, der er til stede i lavaen, betyder, at udbruddet vil fremskynde, potentielt blive mere kraftfuld og ødelæggende. Vores forskning og denne nye tilgang åbner en helt ny grænse i studiet af vulkanske processer. "

For at studere hastigheden af ​​krystalvækst satte holdet en prøve fra et rigtigt udbrud i en højtemperaturcelle, før du udfører røntgen-CAT-scanninger, mens du kontrollerer magmaens temperatur. Dette gjorde det muligt for teamet at visualisere dannelsen og væksten af ​​krystaller, og mål, hvor hurtigt de voksede.

Ved hjælp af denne metode og teknologi kan forskerne indsamle hundredvis af 3D-billeder i løbet af et enkelt eksperiment. Disse data bruges derefter i komplekse, numeriske modeller til mere fuldstændigt at karakterisere adfærden ved vulkanudbrud mere præcist.

Dr. Margherita Polacci, fra Manchester's School of Earth and Environmental Sciences, og studiets hovedforfatter, sagde:"Ved at være i stand til mere præcist at forudsige lavastrømme kunne vi også hjælpe relevante sikkerhedsagenturer med at udtænke og udvikle nye sikkerhedsstrategier og -handlinger, når vi håndterer udbrud i befolkede områder."

Dette er ikke den eneste anvendelse af sådan teknologi inden for geovidenskab. Prof Burton tilføjede:"Der er mange flere anvendelser af denne tilgang i materialevidenskab, mineraludvinding og andre geologiske processer. Vi er meget begejstrede for udsigten til at udvide vores studier til højt pres, hvilket vi vil gøre i yderligere eksperimenter i 2018."