Liksom många som växte upp i Östtyskland, Dr Gert Lube längtade alltid efter att resa och utforska olika platser. Tio år efter Berlinmurens fall när han var en första års geologistudent vid Greifswalds universitet, han hörde om en utflykt till Island och tog tillfället i akt.

Trots att resan endast var öppen för andra- och tredjeårsstudenter, Dr Lube lyckades prata sig fram till att följa med. Det var en resa som för alltid skulle förändra hans livs gång och väcka hans intresse för vulkanologi.

"Jag är uppväxt i ett land med stängda gränser och så tog jag varje tillfälle som jag fick för att åka utomlands och se landskap som jag inte hade sett förut. Jag såg min första vulkan på denna utflykt, och jag blev ganska förvånad över hur annorlunda ett vulkaniskt landskap var än vad jag upplevt fram till dess.

"Jag visste extremt lite om vulkaner i detta skede, men att Island fältresa var lite av en början. När jag kom tillbaka, Jag frågade min professor om jag kunde göra ett forskningsprojekt i området och jag letade efter människor som kunde berätta mer om vulkaner, "Dr Lube säger.

Hans jakt på mer kunskap ledde till flera stipendier i Storbritannien vid University of Bristol och University of Cambridge - inklusive en period som vulkanolog vid Montserrat Volcano Observatory i Västindien - innan han avslutade sin doktorsexamen. vid Kiel-universitetet i den nordtyska delstaten Schleswig-Holstein.

Drygt två decennier senare och Dr Lube är nu docent i fysisk vulkanologi vid Massey University, där han leder forskargruppen Physical Volcanology and Environmental Fluid Mechanics. Dr Lubes forskningsintressen inkluderar explosiv vulkanism, fysik och sedimentologi av naturliga flöden med granulär vätska, vulkanstratigrafi och naturfara.

Snabba, dödliga vågor av heta, giftiga gaser och aska

På Massey, Dr Lube leder också den storskaliga utbrottssimulatorn, den pyroklastiska flödesutbrottet storskalig experimentanläggning-PELE för kort-inrymt i det gamla pannhuset på Manawatū-campus.

Pyroklastiska flöden-även kända som pyroklastiska densitetsströmmar (PDC)-är snabbt rörliga laviner av heta, giftiga gaser och aska, som kan nå temperaturer på 700C och förstöra allt i deras väg under vulkanutbrott. Det var pyroklastiska flöden som förstörde den romerska staden Pompeji år 79 e.Kr.

Tidigare i år, Dr Lube publicerade en uppsats i den prestigefyllda peer-review-tidskriften Naturrecensioner Jord &miljö , efter att ha blivit inbjuden att sammanfatta artikeln. Pappret, Florfas flödesbeteende och riskprognoser för pyroklastiska densitetsströmmar, medskrivet av Dr. Lube och hans kollegor från University of Oregon (U.S.), National Institute of Geophysics and Volcanology i Italien och Boise State University (USA) överväger hur vår förståelse av pyroklastiska densitetsströmmar har utvecklats under det senaste decenniet.

Pyroklastiska densitetsströmmars dödliga karaktär gör utvecklingen av robusta faromodeller en prioritet. Dock, i tidningen beskriver Dr. Lube hur komplexiteten hos gas -partikelinteraktioner inuti PDC, liksom deras fientliga natur, gör kvantitativa mätningar av interna flödesegenskaper, och validering av faromodeller, utmanande.

Under det senaste decenniet har stora framsteg från storskaliga experiment, fältobservationer och beräkningsmässiga och teoretiska modeller har gett nya insikter i den gåtfulla interna strukturen hos PDC:er och identifierat viktiga processer bakom deras vätskeliknande rörelse.

Den framåtblickande översynen beskriver också framtida forskningsvägar och utmaningar om hur de senaste framstegen i förståelsen måste användas för att utveckla robusta faromodeller som kan användas säkert för allmän säkerhet.

Utvecklar robusta faromodeller

Det är just detta behov av allmän säkerhet, riskprognoser och lindring som vägleder Dr. Lubes forskning. Han kombinerar sitt fältarbete med vulkanisk aktivitet före och efter utbrott för att kvantifiera vad som händer i luften och sedan använda beräknings- och experimentella metoder för att syntetisera vulkaniska processer för att förstå dem bättre och för att utveckla faromodeller.

"Inom vulkanologi är det område som jag gillar mest processen som involverar alla typer av flytande material. Det är mestadels mycket explosiva processer som vulkaniska laviner som springer nerför berg eller vulkaniska plumes som kommer ner från vulkaniska ventiler med en hastighet av flera hundra meter per sekund och sedan göra några galna saker i atmosfären, samtidigt som de interagerar med landskapet och infrastrukturen.

"Att försöka förstå dessa komplexa och kaotiska processer på ett sätt som du kan förutsäga dem är något som verkligen driver mig eftersom det är där jag ser möjligheten att göra något nyttigt med vår vetenskap."

Hans forskning handlar om att arbeta med många långvariga intressenter, inklusive ministeriet för civilförsvar och beredskap, naturvårdsdepartementet, armén, och polisen, om evakueringsplaner och förfaranden direkt efter utbrott för Nya Zeelands centrala platåvulkaner.

"Pyroklastiska densitetsströmmar förekommer på alla Nya Zeelands vulkaner, de orsakar mer än en tredjedel av alla dödsfall i vulkaner, de äventyrar direkt mer än 500 miljoner människor globalt, vilket gör dem till de farligaste vulkaniska fenomen som är kända, "Dr Lube säger.

Uppvaknande vulkaner

Det senaste stora utbrottet i Mount Taranaki, en av Nya Zeelands högriskvulkaner inträffade omkring 1854, och även om det kan vara vilande nu, Dr Lube säger att det inte är en fråga om det kommer att bryta ut, men när.

"Taranaki är en av de mest aktiva vulkanerna som vi har i Nya Zeeland på geologiska tidsskalor och dess tvillingbror i Indonesien, Mount Merapi, är den farligaste vulkanen i världen. Det är därför en del av min forskning är centrerad i Indonesien för att inte förstå hur Merapi -vulkanen i sig fungerar, men hur vi kan översätta denna kunskap till att förutsäga vad som definitivt kommer att hända sannolikt i vår generation. Even if Taranaki is dormant now, there's a very high chance that it will awaken and have eruption phases that will last decades in our lifetime."

Indonesia is the nation with the largest number of active volcanoes—over 120 active volcanoes and around five million people within the danger zones—but its vulnerability to natural hazards does not end there, says Dr. Lube. It is also prone to earthquakes, översvämningar, and tsunamis.

"It's very sad how people get struck by natural disasters again and again, and they lose everything and then they very bravely rebuild their lives again. Over my decade of work in Indonesia I have become good friends not only with the researchers there but also the locals. It is very different to New Zealand where we are relatively safe; even if we have natural hazards, we can deal with these much better than in a third-world country like Indonesia."

One-of-a-kind eruption simulator

Over the past decade, Dr. Lube and Massey colleagues have been at the forefront of the development of new volcanic hazards models. At the PELE, the large-scale eruption simulator facility, the researchers synthesize the natural behavior of volcanic super-hazards and generate these flows as they occur in nature, but on a smaller scale.

The team has made important discoveries of the complex processes behind the motion and the internal structure of the hot currents

The limited knowledge on volcanoes and the difficulties in developing mathematical models prompted Dr. Lube to build Massey's one-of-a-kind eruption simulator. "The problem with volcanoes is that they are extremely violent and so wild that we know in fact very little about them. We know very little about how they operate inside and that makes it extremely difficult to develop mathematical and physical models to inform decision-makers and forecast what kind of damage they can do, and how they interact with natural topography, with buildings and infrastructure."

The simulator scales down all the physical properties of a large event so they can be safely observed and measured. It is composed of a 13-meter high tower, where volcanic material is heated inside a hopper and released down a 12-meter channel, while high-speed cameras and sensors capture the data. The experimental eruptions typically only last 10 to 20 seconds but take about one month to prepare.

"The pyroclastic flow simulator is unique in the world and is the only place where we can synthesize conditions just as they would occur in a volcanic eruption. It's been very cool for volcanology in New Zealand and globally and has led to international experts visiting us in Manawatū and wanting to collaborate and do research with us."

Kiwi ingenuity

Perhaps the most surprising thing about the simulator was how relatively easy it was to get it built with the help of local engineers and some Marsden funding. "I've been quite lucky in that I got to know some local engineers at the time, who were excited enough about this project to help in designing, building and testing a facility at a scale for which there was no previous blueprint and scientific experience out there. Över åren, we continued to work with the same engineers to advance our measurement capabilities and to add scenarios for a large number of volcanoes and hazard scenarios, " Dr. Lube says.

Sedan 2019 har Dr. Lube and his team lead an international initiative to intercompare and advance current volcanic flow hazard models. In a just started Marsden-funded project "Turbulent volcanic killers—how volcanic eruptions become ferocious, " the volcanologists plan to investigate the physical processes behind the destructiveness of pyroclastic flows.

As part of the Marsden research, the team will investigate the exact processes that occurred on Whakaari / White Island last year. When the island erupted in December 2019 the tragic death of 21 people and major injuries of 26 people visiting the island was caused by the pyroclastic density currents.

Whakaari / White Island

Så, does Dr. Lube think the eruption on White Island could have been foreseen? Although the volcanologists at earth-science research and monitoring body GNS Science had seen an increase in volcanic activity in the months preceding its massive eruption, Dr. Lube says with current knowledge the timing of the eruption on 9 December 2019 could have not been predicted with any certainty.

He points out that White Island had been and continuous to be in a very active state with several outbreaks in the past decade, the last of which in 2016 was very similar to the one in 2019—the main difference being the lack of tourists on the island at the time.

Snarare, han säger, the big question is whether people should be allowed to be anywhere near the vent sides of a volcano [the opening through which lava and gasses erupt]. "Enligt min åsikt, definitely not and I see a lot of change in legislation as a result of this disaster."

Dr. Lube says White Island was unusual in that the pyroclastic was slow and low in energy:"Despite this, the pyroclastic density current was the only killer which just goes to prove how extremely lethal these phenomena are and it drives me more to try and understand how they work."

Our scientific understanding of how volcanoes work is changing, in part fuelled by numerous collaborations by experts in the field and a desire to help prepare for future eruptions and save lives.

Far from being a narrow field, Dr. Lube explains, the study of volcanology is broad and involves mathematics, fysik, chemistry and computational science. "You can't be an expert in all these fields and working with these experts who come to Massey is really important."

"It is very collegial, and we have to work as a large global research community because these volcanic hazards are real hazards and many of us, especially those working in New Zealand have to inform decision-makers of what to do in certain situations. It is important for public safety."