Określanie właściwości popiołu w celu przewidywania erupcji wulkanicznych i ich badań
Według szacunków na Ziemi znajduje się ponad 1 000 potencjalnie czynnych wulkanów, dzięki którym jesteśmy narażeni na skutki przepływów lawy i prądów piroklastycznych w ich bezpośrednim sąsiedztwie, a także na wyrzucane przez nie chmury pyłu, które mogą mogą rozprzestrzeniać się na duże odległości, a nawet na cały świat. Pyły wulkaniczne mogą być źródłem poważnych zakłóceń w transporcie lotniczym, ich osiadanie powoduje uszkodzenia infrastruktury i zniszczenia gruntów rolnych, mogą także mieć negatywny wpływ na stan układu oddechowego człowieka. Dokładniejsze zbadanie zachowania wulkanów podczas erupcji może pomóc decydentom politycznym w przygotowaniu się na takie sytuacje i łagodzeniu ich skutków. „Głównym celem projektu AVAST jest poprawa przewidywań dotyczących fizycznych i chemicznych właściwości popiołu powstającego podczas erupcji wulkanicznych. Dane te mogą być następnie wykorzystane do kalibracji modeli prognozowania dyspersji pyłu wulkanicznego, co pomoże nam w ocenie niebezpiecznego wpływu opadów pyłu”, mówi Adrian Hornby, koordynator naukowy projektu AVAST, docent i stypendysta działania „Maria Skłodowska-Curie” na Uniwersytecie Ludwiga-Maximiliana w Monachium w Niemczech. W projekcie AVAST wykorzystano najnowocześniejszą technologię, która pozwala na szczegółową analizę i kategoryzację popiołu. „W popiele zawarte są informacje na temat tego, jak deformacja wulkanu doprowadziła do erupcji i emisji popiołu. Tłumaczy to sposób w jaki rozprasza się chmura pyłu. Ma to istotne konsekwencje dla lotnictwa i wpływa na wystąpienie zagrożeń związanych z opadami pyłów”, wyjaśnia naukowiec.
Historia napisana w popiele
Popiół powstaje z magmy i lawy ulegających fragmentacji w obrębie kanału wulkanicznego lub podczas niebezpiecznych przepływów wywołanych grawitacją, zwanych lawinami piroklastycznymi (ang. pyroclastic density currents, PDC) – są to szybko poruszające się prądy materii wulkanicznej o dużej gęstości i parującego, gorącego gazu. „W procesie fragmentacji powstają cząstki o różnych właściwościach, ponieważ materiał wulkaniczny zastyga i pęka na różne sposoby w zależności od wytwarzających się naprężeń”, dodaje Hornby. Oznacza to, że cząsteczki popiołu mogą mieć różne rozkłady wielkości i kształtu, a rozmieszczenie minerałów wulkanicznych w cząsteczkach popiołu może różnić się w zależności od sposobu ich wytworzenia. Cząstki popiołu można zbadać i uzyskać nowe, przydatne dane o zachowaniach wulkanicznych, ponieważ bezpośrednia obserwacja erupcji nie zawsze jest możliwa. „Pomimo tego, że na podstawie właściwości popiołów nie można bezpośrednio przewidzieć, kiedy mogą wystąpić erupcje wulkaniczne, mogą one pomóc w określeniu rodzajów aktywności występujących w wulkanie. Obserwacje i badania mogą dostarczyć informacji na temat niewidocznych procesów powstawania popiołu, pomagając nam zrozumieć aktywność wulkaniczną”, wyjaśnia Hornby.
Przepływ informacji
Zespół dostrzegł uniwersalne wzorce, pojawiające się niezależnie od pochodzenia wulkanicznego i procesu zastygania podczas porównywania popiołu naturalnego z popiołem powstałym w wyniku eksperymentów w laboratorium. „Niektóre minerały w popiele wulkanicznym są bardziej podatne na pękanie i dlatego zawsze występują w większych ilościach na powierzchni popiołu. To zmienia reaktywność popiołu z otoczeniem i atmosferą”, mówi Hornby. Eksperymenty wykazały, że popiół produkowany z PDC jest szczególnie drobnoziarnisty, a do 50 % masy PDC może przekształcić się w popiół i rozproszyć w promieniu 6 kilometrów.
Zaawansowane szkolenie
Wsparcie UE dało zespołowi projektu możliwość zebrania ustaleń wynikających z obserwacji terenowych, doświadczeń laboratoryjnych i zdarzeń naturalnych. Zaawansowane możliwości szkoleniowe, w tym w dziedzinie technologii QEMSCAN (mikroskopii elektronowej), przyczyniły się do rozwoju wiedzy fachowej wszystkich badaczy z zespołu AVAST. Naukowcy planują powrót do laboratorium i w teren w celu odtworzenia procesów tworzenia się popiołu w PDC. Wkrótce zostanie opublikowany wykres przedstawiający korelację między właściwościami popiołu a procesami zastygania.
Słowa kluczowe
AVAST, wulkany, popiół, charakterystyka, analiza, lawa, fragmentacja, zachowanie
