Fotos kan forbedre forståelsen af ​​vulkanske processer

Vulkanernes form og deres kratere giver kritisk information om deres dannelse og udbrudshistorie. Teknikker anvendt på fotografier - fotogrammetri - viser løfte og nytteværdi i at korrelere formændring til vulkansk baggrund og udbrudaktivitet.

Ændringer i vulkanform - morfologi - der opstår ved større udbrud er kvantificerbare, men vulkansk baggrund i baggrunden, manifesterer sig som eksplosioner med lille volumen og kratervæggen falder sammen, kan også forårsage ændringer i morfologi og er ikke godt kvantificeret.

Et team af forskere fra Penn State undersøgte Telica Volcano, en vedvarende aktiv vulkan i det vestlige Nicaragua, både at observere og kvantificere småskala intra-kraterændringer i forbindelse med baggrund og eruptiv aktivitet. Geologer betragter Telica som 'vedvarende' aktiv på grund af dets høje seismicitet og vulkanske afgasning, og det bryder ud i mindre end 10-årige perioder.

Holdet brugte direkte observationer af krateret, fotografiske observationer fra 1994 til 2017 og fotogrammetriske teknikker på fotos indsamlet mellem 2011 og 2017 for at analysere ændringer på Telica i forbindelse med topmateriale kraterdannelse og eruptive processer. De brugte struktur-fra-bevægelse (SfM), en fotogrammetrisk teknik, at konstruere 3D-modeller ud fra 2-D-billeder. De brugte også point cloud differencing, en metode, der bruges til at måle ændring mellem fotosamplingperioder at sammenligne 3D-modellerne, giver et kvantitativt mål for ændring i kratermorfologi. De rapporterede deres resultater i Geokemi, Geofysik, Geosystemer .

"Fotos af krateret blev taget som en del af en tværfaglig undersøgelse for at undersøge Telicas vedvarende aktivitet, "sagde Cassie Hanagan, hovedforfatter på undersøgelsen. "Billeder blev indsamlet fra vores samarbejdspartnere for at foretage observationer af kraterets funktioner såsom placeringen og antallet af fumaroler eller områder med vulkansk afgasning i krateret. I tidsperioder, der havde nok fotos, SfM blev brugt til at oprette 3D-modeller af krateret. Vi kunne derefter sammenligne 3D-modellerne mellem tidsperioder for at kvantificere ændringer. "

Ved hjælp af de SfM-afledte 3D-modeller og point cloud-differensiering fik teamet mulighed for at kvantificere, hvordan krateret ændrede sig gennem tiden.

"Vi kunne se ændringerne ved visuelt at se på billederne, men ved at anvende SfM, vi kunne kvantificere, hvor meget ændring der var sket på Telica, "sagde Peter La Femina, lektor i geovidenskab i Penn State Department of Geosciences. "Dette er en af ​​de første undersøgelser for at se på ændringer i kratermorfologi forbundet med baggrund og udbrud over en relativt lang tidsperiode, næsten en 10-årig periode. "

Telicas morfologiske ændringer blev derefter sammenlignet med tidspunktet for udbrudaktivitet for at undersøge de processer, der førte til kraterdannelse og udbrud.

Vulkaner bryder ud, når trykket bygger ud over et bristepunkt. Hos Telica, to mekanismer til at udløse udbrud er blevet antaget. Disse er udbredt mineralisering inden for det underjordiske hydrotermiske system, der forsegler systemet og overfladisk blokering af udluftningen ved jordskred og stenfald fra kratervæggene. Begge mekanismer kan føre til stigninger i tryk og derefter udbrud, ifølge forskerne.

"Et spørgsmål var, om dækning af ventilationsåbninger på kratergulvet eller ikke kunne forårsage trykopbygning, og hvis det ville forårsage en eksplosiv frigivelse af dette tryk, hvis udluftningen var tilstrækkeligt forseglet, "sagde Hanagan.

Sammenligning af resultaterne fra punktskyforskelle og de fotografiske observationer indikerede, at udfyldning af udluftning ved massespild fra kratervæggene sandsynligvis ikke var en primær mekanisme til tætning af det vulkanske system før udbrud.

"Vi fandt ud af, at materiale fra kratervæggene falder på kratergulvet, fylder udbrudsåbningen, "sagde La Femina." Men på samme tid, vi ser stadig aktive fumaroler, som er ventilationsåbninger i kratervæggene, hvor der udsendes høj temperatur gasser og damp. Fumarolerne forblev aktive, selvom talus fra kratervæggene dækkede ventilationsåbningerne. Dette tyder på, at i det mindste det dybere magma-hydrotermiske system ikke er direkte forseglet af jordskred. "

Forskerne bemærker endvidere, at sammenbrud af kratervægsmateriale er rumligt korreleret til, hvor afgasning er koncentreret, og at små udbrud blæser dette faldne materiale ud af kratergulvet. De foreslår, at disse ændringer opretholder en kraterform, der ligner andre topmøder, der dannedes ved sammenbrud i et evakueret magmakammer.

"Vi fandt ud af, at under eksplosionerne Telica smider meget af det materiale, der kom fra kratervæggene, "sagde La Femina." I mangel af magmatiske udbrud, krateret dannes gennem denne baggrundsproces med kratervæggen, og regionerne med fumarolaktivitet kollapser fortrinsvis. "