Revolutionerande vulkanövervakning med nytt verktyg för lavaviskositet

Forskare vid Universitetet i Buffalo utvecklat ett nytt verktyg för att mäta lavaviskositet direkt i vulkaniska miljöer, vilket förbättrar vår förståelse för lavaflöden och förbättrar strategier för katastrofhantering.

Miljontals människor bor nära aktiva vulkaner, som ständigt övervakas för tecken på ett förestående utbrott. När ett utbrott inträffar förlitar sig forskare och regeringar på data för att uppskatta omfattningen av den möjliga skadan, informera evakueringsplaner och katastrofinsatser. Tyvärr gör utbrottens oförutsägbara karaktär ofta datainsamlingen lika utmanande som att samordna ett svar.

Framsteg inom lavaviskositetsmätning

Forskare från University at Buffalo utvecklade ett verktyg för att mäta viskositeten hos lava som kan öka vår förståelse för smält sten samt bättre förbättra modeller för dess rörelse, vilket ger myndigheterna avgörande vägledning för att hålla människor säkra. Deras forskning är detaljerad i Granskning av vetenskapliga instrumentav AIP Publishing.

För vätskor som lava är viskositeten ett mått på hur snabbt den strömmar. En lågviskös vätska flyter snabbt som vatten, medan en viskös vätska fungerar mer som melass. När en vulkan får ett utbrott nära mänskliga strukturer berättar viskositetsmätningar för första responders hur mycket tid de har på sig att reagera, och nuvarande metoder är ofta otillräckliga.

Utmaningar inom viskositetsmätning

”På platser som Island eller Hawaii som har ganska frekventa lavautbrott som påverkar infrastruktur som vägar och samhällen, finns det osäkerhet involverad i uppskattningen av var lavan kan resa och hur snabbt den kan gå dit”, säger författaren Martin Harris.

Problemet, enligt Harris, är att viskositetsmätningar nästan alltid utförs i ett labb. Detta gör experimenten enklare och säkrare, men en nyckelbit saknas alltid.

”När lava bryter ut från en vulkan, fångas många olika gaser som bubblor i lavan,” sa Harris. ”När vi gör mätningar i labbet kan vi inte stoppa in gasen igen. Så det vi mäter är en representation av lavan utan alla olika komponenter, och vi missar något som påverkar hur lavan kan flöda.”

Fältmätningar och instrumentdesign

Den enda lösningen är att göra mätningar i fält. Detta kommer dock med sina egna utmaningar. Fältviskositetsmätningar på lava går tillbaka nästan ett sekel utan större framgång. Många tidigare försök har visat att metallstavar har satts in i lava, tryckts för hand eller med fjäderbelastad kolv, eller till och med avfyrats i lavan som ett spjut, för att uppskatta flödets viskositet.

Teamet från University at Buffalo behöll den klassiska metallstaven och fäste den på en kraftmätare för noggranna mätningar. De kopplade ihop den med en andra stav för att mäta förskjutning och designade hela instrumentet för att vara både lätt nog att hållas i handen och tillräckligt hållbart för att hålla i en vulkanisk miljö.

Fälttestning och framtida mål

Efter att ha avslutat enheten testade teamet den på en resa till en aktiv vulkan på Island.

”Vi tillbringade nästan två veckor med att komma åt olika platser runt Litli-Hrútur-utbrottet,” sa Harris. ”Det var många väldigt långa timmar i en ganska intensiv miljö, men jag tror att vi alla var väldigt imponerade och nöjda med det arbete vi kunde göra.”

I sitt fältförsök samlade forskarna dussintals mätningar av lavan på olika platser och vid olika tidpunkter. Den här typen av data är avgörande, säger de, eftersom den inte bara visar hur lavan är i ett enda ögonblick utan hur den utvecklas när den sprider sig och svalnar.

”Det var första gången som människor har gjort dessa mätningar över dessa olika transekter av lavorna,” sa Harris. ”Det riktigt spännande med det här instrumentet är att vi kunde visa denna förändring i lavans fysiska egenskaper med tid och rum.”

Teamet hoppas kunna förfina sitt instrument ytterligare och göra det tillgängligt för forskargrupper och övervakningsstationer vid vulkaner runt om i världen.