Ny forskning, ledd av University of Bristol, har gett ny insikt om hur enorma vulkanaska plymer, som kritiskt kan störa flyget och orsaka stor påverkan på marken, transporteras i atmosfären.

2010, utbrottet av den isländska vulkanen Eyjafjallajӧkull orsakade ett utbrett resekaos, med avbokning av mer än 100, 000 flygningar och ekonomiska förluster på 200 miljoner dollar per dag.

Genom att använda högupplöst meteorologisk modellering av vulkanutbrott på den karibiska ön St Vincent, forskningen, publiceras idag i tidskriften Vetenskapliga rapporter , syftar till att förbättra hur vi reagerar på explosiva vulkanutbrott, och bättre förutse spridning av vulkanisk aska.

Ett internationellt team av forskare från institutioner inklusive universiteten i Bristol, East Anglia, Oxford, Kyoto, Earth Observatory Singapore och Västindien har visat hur det är samspelet mellan atmosfärens dynamik och vulkaniska plymer som producerar de komplexa mönstren för askatransport som hotar flyget och orsakar stötar på marken.

Teamet använde en kombination av högupplöst meteorologisk modellering, arkiv med historiska observationer av utbrott, och fältmätningar av askavlagringar, att rekonstruera två utbrott av Soufrière St Vincent, en övulkan i Karibien.

Öns topografi, stabila passadvindsmönster, och mycket detaljerade arkiv med historiska ögonvittnesskildringar och fältmätningar för utbrott 1902 och 1979 gjorde St Vincent till en idealisk plats för studien.

Med hjälp av högupplösta simuleringar av atmosfäriska förhållanden, teamet identifierade hur vindflödet runt vulkanens topografi styr askavsättningsmönster runt vulkanen på ön, och överraskande nog, på mycket större avstånd.

Första författare och atmosfärisk modellör Alex Poulidis (Kyoto University) säger "Vulkanens form påverkar vindmönster och atmosfäriska förhållanden, påverka askavsättningen över hundratals km från St Vincent, inklusive på ön Barbados, 180 km bort." Poulidis simuleringar återgav askavlagringens tjocklek, och ankomsttider för askmolnet, på St Vincent för det mindre utbrottet 1979, och på en rad platser inklusive andra karibiska öar och fartyg upp till 1700 km bort för det mycket större utbrottet 1902.

Simuleringarna visar också hur vindmönster kan fånga aska i lager i atmosfären, liknande de som observerats för den isländska vulkanen Eyjafjallajӧkull, i koncentrationer som är tillräckliga för att utgöra ett hot mot luftfarten. Dessa lager fungerar som askakällor som sedan sprids längs olika atmosfäriska vägar.

Ny analys av vulkanisk askavlagringar efter Eyjafjallajӧkull-utbrottet har visat att askavlagringar ofta har oväntade toppar i tjocklek långt från vulkanen. Teamets modelleringsresultat visar att kombinationen av olika atmosfäriska lagerkällor, och intervallet av partikelstorlekar för askan, kan återskapa topparna i askavlagringens tjocklek uppmätt för 1902 års utbrott av St Vincent.

Studieledaren, vulkanologen Dr Jeremy Phillips från University of Bristols School of Earth Sciences, sa:"Sammantaget, resultaten visar att kombinationen av atmosfären och utbrottet leder till komplexa asktransportmönster.

"Att kunna reproducera dessa med meteorologiska modeller förbättrar vår förmåga att reagera på vulkanutbrott, och att förutsäga luftburen och marknivå askakoncentrationer under utbrott."

Medförfattare Prof Jenni Barclay (University of East Anglia) tillade "Vi startade den här studien eftersom lokalbefolkningens minnen av stilen och intensiteten av askpåverkan tydligt varierade som en funktion av mer än bara avståndet från vulkanen. Vi har också hade otroligt detaljerade historiska observationer från 1902 för att jämföra med våra resultat. Det är ett fantastiskt exempel på att integrera olika forskningsområden för att förbättra den övergripande förståelsen."

Medförfattare Prof Richard Robertson från University of the West Indies Seismic Research Center observerade att "Denna studie fokuserar uppmärksamheten på det dåligt definierade hotet som utgörs av vulkanisk aska i den karibiska regionen och visar hur ett utbrott från en enda vulkan kan ha regionala effekter som skulle vara betydelsefullt för flyget och jordbruket."