Forskere udvikler en ny tilgang til at forstå massive vulkanudbrud

Et geovidenskabshold ledet af University of South Florida (USF) har udviklet en ny måde at rekonstruere størrelsen af ​​vulkanudbrud, der fandt sted for tusinder af år siden, skabe et første af sin slags værktøj, der kan hjælpe videnskabsmænd med at forstå tidligere eksplosive udbrud, der formede jorden og forbedre måden at estimere farerne ved fremtidige udbrud.

Den avancerede numeriske model, som USF-holdet udviklede, gør det muligt for forskere at rekonstruere udbrudsrater gennem tiden ved at estimere dimensionerne af paraplyskyerne, der bidrager til ophobningen af ​​enorme aflejringer af vulkansk aske. Forskningen er offentliggjort i den nye udgave af Natur tidsskrift, Kommunikation, Jord og miljø .

Forskningen, som blev brugt til at dechifrere de 2, 500 år gammelt udbrud af en vulkan i Ecuador, blev ledet af USF ph.d.-kandidat Robert Constantinescu i samarbejde med USF-kolleger Research Associate Laura Connor, Professor Chuck Connor, Lektor Sylvain Charbonnier, doktoralun Alain Volentik og andre medlemmer af et internationalt team. USF's Volcanology Group er et af verdens førende centre for vulkanvidenskab og farevurdering.

Når der opstår store eksplosive udbrud, de danner sideværts spredte paraplyskyer ind i stratosfæren, lette transporten af ​​finkornet aske over hundreder af kilometer, der lægger sig og dækker store landområder.

Nuværende teknologi gør det muligt for forskere at observere askeskyer. Imidlertid, tidligere udbrud er karakteriseret ud fra den geologiske fortolkning af deres tephraaflejringer - de stykker og fragmenter af sten, der kastes ud i luften af ​​en vulkan i udbrud. Ved at estimere det udbrudte volumen og masse, fane højde, paraplyskyens dimensioner og andre egenskaber, forskerne er i stand til at forstå og karakterisere vulkanudbruddene, derfor forbedre prognosen for fremtidige begivenheder.

Ved at bruge en række feltteknikker kombineret med statistisk og numerisk modellering, vulkanologer udvinder information fra aflejringerne for at karakterisere og klassificere et udbrud på en af ​​de mest almindeligt anvendte skalaer, Volcanic Explosivity Index (VEI). Indtil nu, den mest efterspurgte information er udbrudssøjlens højde og den samlede udbrudte masse eller volumen, sagde Constantinescu.

Men med tiden, aflejringer eroderer og kan give et usikkert billede af ældre udbrud. Også, nuværende modeller har været begrænsede ved, at de antager, at alle vulkanudbrud skabte hovedsageligt lodrette faner, Constantinescu sagde, og tag ikke højde for store eksplosive udbrud, der danner sideværts spredte paraplyaskeskyer.

USF-holdets arbejde viser, at det er dimensionerne af paraplyskyerne, der er den sigende faktor i rekonstruktionen af ​​tidligere store eksplosive udbrud.

"Jo bedre vi kan rekonstruere arten af ​​tidligere udbrud ud fra aflejringsdata, jo bedre kan vi forudse potentielle farer forbundet med fremtidige eksplosive udbrud, " skrev holdet i den nye tidsskriftsartikel.

Forskerne foreslår at opdatere VEI-skalaen med paraplyskyens dimensioner, som nu let kan estimeres ved hjælp af de matematiske modeller, de har udviklet.

Forskerne anvendte deres model på tephraaflejringen fra udbruddet af Pululagua, en nu sovende vulkan omkring 50 miles nord for hovedstaden Quito. Ecuador betragtes som et af verdens mest farlige lande for vulkaner. Vulkanens sidste udbrud anslås 2, 500 år siden, og området er nu et geobotanisk reservat kendt for sin biodiversitet og frodige grønne landskab.

Der er omkring 1, 500 potentielt aktive vulkaner på verdensplan, ud over dem, der lurer under verdenshavene. I 2020, der var mindst 67 bekræftede udbrud fra 63 forskellige vulkaner, ifølge Smithsonian Institution Global Volcanism Program."Hvis paraplyskyerne af store udbrud i moderne tid let kan observeres, vi har nu evnen til at vurdere paraplyskyerne fra tidligere udbrud, " sagde Constantinescu. "Vores numeriske model gør os i stand til bedre at karakterisere tidligere vulkanudbrud og informere modeller til fremtidig farevurdering."