Simulation des Magma-Breis in einem aktiven Vulkan | 2020

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Anonim

Momentan können sich solche Warnzeichen nur auf äußere Anhaltspunkte stützen, wie Erdbeben und Abgase. Eine Simulation der Universität Washington hat jedoch gezeigt, was tief im Inneren des Vulkans vor sich geht. Die Studie, veröffentlicht am 7 Natur Geowissenschaften , simuliert als erstes die Bewegung der einzelnen Kristalle in der Magmakammer, um die Bewegung des Magmas und den Druckaufbau besser zu verstehen.

"Die Sache mit dem Studium von Vulkanen ist, dass wir nicht wirklich in sie hineinsehen können, um zu wissen, was los ist", sagte die Co-Autorin Jillian Schleicher, eine UW-Doktorandin in Geo- und Weltraumwissenschaften. "Wann immer es Unruhen gibt, wie Erdbeben, Gasemissionen oder Oberflächenverformungen, ist es wirklich schwierig zu wissen, welche Prozesse im Inneren des Vulkans stattfinden."

Jeder Vulkan hat eine einzigartige Persönlichkeit. Vulkanologen nutzen die Überreste vergangener Eruptionen und früherer Warnzeichen, um vorherzusagen, wann es weht. Diese Vorhersagen beruhen jedoch nur auf einem vagen Verständnis der inneren Funktionsweise des Systems.

Die idealisierte UW-Computersimulation könnte Vulkanologen helfen, besser zu verstehen, wie sich Energie in einem System wie Mauna Loa aufbaut, das ein Schwerpunkt der Forschung der UW-Gruppe ist, um vorherzusagen, wann sie ausbrechen wird.

"Dieses Tool ist neu, weil wir damit die Mechanik erkunden können", sagte der Erstautor George Bergantz, ein UW-Professor für Geo- und Weltraumwissenschaften. "Es schafft einen interpretativen Rahmen für das, was die Bewegung steuert und welche Signale wir von außen sehen können."

Das Team verwendete ein Computermodell, das ursprünglich vom US-Energieministerium entwickelt wurde, um die Kraftstoffverbrennung zu modellieren. Die UW-Gruppe hat den Code zuvor angepasst, um Vulkanausbrüche und Aschewolken zu simulieren. Dieses Papier wurde zum ersten Mal verwendet, um in den Vulkan einzutauchen und die Bewegung jedes einzelnen Kristalls zu untersuchen.

Ein Vulkan ist mit "Magmabrei" gefüllt, einem matschigen Material, das aus einem Teil Magma oder flüssigem Gestein und einem Teil festem Kristall besteht. Frühere Studien haben es als eine dicke Flüssigkeit angenähert. Das Erfassen der wahren dualen Natur macht jedoch einen Unterschied, da die Kristalle auf eine Weise interagieren, die für ihre Bewegung von Bedeutung ist.

"Wenn wir tief in Mauna Loa Erdbeben sehen, sagt uns das, dass Magma durch den Vulkan aufsteigt", sagte Bergantz. "Aber wie können wir den Fortschritt in diesem Sanitärsystem besser verstehen?"

Die Simulation zeigt, dass das Magma drei Umlaufzustände hat: langsam, mittel und schnell. Im langsamen Zustand sickert neues Magma nur durch die Kristallporen. Mit zunehmender Menge an injiziertem Magma entsteht jedoch ein Bereich, in dem sich ältere Kristalle mit dem neuen Material vermischen.

"In diesen kristallreichen Muskeln steckt Magma, das manchmal durch die Kristallschicht dringt", sagte Schleicher. "Aber wir wissen nicht, wie das Mischen abläuft oder wie viel Zeit vergeht."

Das aktuelle Modell ist eine idealisierte Magmakammer, aber mit mehr Rechenleistung könnte sie erweitert werden, um die interne Struktur eines bestimmten Vulkans zu reproduzieren.

Jetzt, da die Forscher simulieren können, was in einer Magmakammer passiert, wird Schleicher Gesteinsproben von Mauna Loa untersuchen und die Schichten in den Kristallen analysieren. Kristalle bewahren chemische Anhaltspunkte, wenn sie wachsen, ähnlich wie Baumringe. Wenn Sie das Modell an die Zusammensetzung der Kristalle anpassen, können Sie die Geschichte des Felsens nachvollziehen und nachvollziehen, wie sich Magma in Mauna Loa bewegt hat.

"Mauna Loa ist ein großartiger Ort zum Lernen, weil es sehr aktiv ist und die Felsen eine einzige Art von Kristall enthalten", sagte Bergantz. "Was wir in Mauna Loa lernen, wird es uns ermöglichen, Fortschritte an anderen Orten wie dem Mount St. Helens zu erzielen, die von Natur aus schwieriger sind."