Hvordan ved du, hvor vulkansk aske ender?

Da vulkanen Eyjafjallajökull på Island gik i udbrud i april 2010, flytrafikken blev afbrudt i seks dage og derefter afbrudt indtil maj. Indtil da, modeller fra de ni rådgivningscentre for vulkansk aske (VAAC'er) rundt om i verden, som havde til formål at forudsige, hvornår askeskyen forstyrrede flyruter, var baseret på sporing af skyerne i atmosfæren.

I kølvandet på denne økonomiske katastrofe for flyselskaberne, Der blev indført tærskler for askekoncentration i Europa, som bruges af flyindustrien, når de træffer beslutninger om flyrestriktioner. Imidlertid, et team af forskere, ledet af universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, opdagede, at selv den mindste vulkanaske ikke opførte sig som forventet. dens resultater, læses i journalen Naturkommunikation , vil bidrage til at forfine måden, som vulkansk aske er repræsenteret i prognosemodeller, der bruges af VAAC'erne, som skal reagere i realtid for at give nyttige råd under et vulkanudbrud.

Udbruddet af Islands Eyjafjallajökull-vulkan i 2010 forstyrrede ikke kun den globale lufttrafik, men satte også spørgsmålstegn ved funktionen af ​​de prognosestrategier, der anvendes af VAAC'erne, kun baseret på den rumlige sporing af askeskyen. Et møde med eksperter forfinede strategierne baseret på askekoncentrationstærskler og gjorde det muligt at genoptage flyvninger hurtigere, samtidig med at sikkerheden for passagerer og flyvepersonale sikres.

"Under et vulkansk eksplosivt udbrud, fragmenter, der spænder fra nogle få mikron til mere end 2 meter, udstødes fra vulkanudluftningen, " forklarer Eduardo Rossi, en forsker ved Institut for Geovidenskab på UNIGE Fakultet for Naturvidenskab og undersøgelsens første forfatter. Jo større partikler, jo hurtigere og tættere på vulkanen falder de, reducere koncentrationen af ​​aske i atmosfæren. "Det er grunden til, at de nye strategier har integrerede koncentrationstærskler, der bedre definerer farligheden for flymotorer. Fra 2 milligram pr. kubikmeter, flyselskaber skal have en godkendt sikkerhedskasse for at kunne operere, " siger den Genève-baserede forsker.

Partikelaggregater, der påvirker prædiktive modeller

På trods af eksisterende viden om askeskyerne, flere åbne spørgsmål forblev ubesvarede efter Eyjafjallajökull-udbruddet i 2010, herunder opdagelsen af ​​partikler i Storbritannien, der var meget større end forventet. "Vi ønskede at forstå, hvordan dette var muligt ved nøjagtigt at analysere askepartiklerne fra Sakurajima-vulkanen i Japan, som har været i udbrud 2-3 gange om dagen i mere end 50 år, " siger Costanza Bonadonna, en professor ved Institut for Geovidenskab ved UNIGE.

Ved at bruge selvklæbende papir til at opsamle asken, før den rammer jorden, holdet af videnskabsmænd havde allerede under Eyjafjallajökull-udbruddet observeret, hvordan mikrometriske partikler ville samle sig i klynger, hvilken, efter stødet med jorden, blev ødelagt. "Det spiller en vigtig rolle i sedimentationshastigheden, bemærker Eduardo Rossi. Når de er samlet i aggregater, disse mikrometer partikler falder meget hurtigere og tættere på vulkanen end modellerne forudsiger, fordi de i sidste ende er tungere, end hvis de faldt individuelt. Dette kaldes for tidlig sedimentering. "

Rafting-effekten, erklæret umulig af teorien

I Japan gjorde UNIGE-holdet en ny vigtig opdagelse:observation af raftingeffekten. Ved hjælp af et højhastighedskamera, vulkanologerne observerede sedimenteringen af ​​asken i realtid og opdagede tidligere usete aggregater kaldet kerneklynger. "Disse er dannet af en stor partikel på 100-800 mikron - kernen - som er dækket af mange små partikler mindre end 60 mikron, forklarer Costanza Bonadonna. Og dette ydre lag af små partikler kan fungere som en faldskærm over kernen, forsinke dets sedimentering. Dette er rafting-effekten. "

Denne rafting-effekt var teoretisk blevet foreslået i 1993, men endelig erklæret umulig. I dag, dets eksistens er godt og sandt bevist ved direkte observation og nøjagtig teoretisk analyse, muliggjort af højhastighedskamera. "At arbejde med Frances Beckett fra UK Met Office, vi har udført adskillige simuleringer, der har gjort os i stand til at besvare de spørgsmål, der er rejst af udbruddet af Eyjafjallajökull og den uforklarlige opdagelse af disse overdimensionerede askepartikler i Storbritannien. Det var resultatet af denne raftingeffekt, som forsinkede faldet af disse aggregater, " begejstret Eduardo Rossi.

Nu hvor asken samler sig, kerneklyngerne og raftingeffekten er blevet undersøgt, det er et spørgsmål om at indsamle mere nøjagtige fysiske partikelparametre, så de en dag kan integreres i VAAC'ernes operationelle modeller, for hvilke størrelse og tæthed spiller en afgørende rolle i beregningen af ​​koncentrationen af ​​aske i atmosfæren.