Forskare använder det senaste inom 4-D-teknik för att förutsäga beteendet hos lavaströmmar och dess konsekvenser för vulkanutbrott.

Resultaten förklarar varför vissa lavaströmmar kan täcka kilometer på bara några timmar, medan andra reser långsammare under ett utbrott, betonar faran med snabba flöden som ofta utgör den största faran för civila befolkningar nära vulkaner.

Forskningen, som leds av University of Manchester, studerar de processer som sker under kristallisation i basaltiska magmas med hjälp av 4-D synkrotronröntgenmikrotomografi. Det är första gången denna typ av 4-D-skanningsteknik har använts för att undersöka kristallisation under vulkanutbrott och för att simulera beteendet hos ett naturligt lavaström. Studien har publicerats i Naturvetenskapliga rapporter .

Laget, ledd av prof Mike Burton, Ordförande i vulkanologi vid universitetet, övervakad kristallisation i magmas, en grundläggande process som driver utbrott och styr olika typer av vulkanisk aktivitet. Med denna nya och nya metod och teknik kan de, för första gången, se kristallerna växa i 3D i realtid, simulera lavaströmmarnas beteende när en vulkan har brutit ut. Processen liknar scener som nyligen bevittnades på Kilauea på Hawaii.

Prof Burton förklarar:"Under vulkanutbrott växer små kristaller inom magma. Dessa kristaller kan kraftigt förändra hur magma flyter. Enkelt uttryckt, ju fler kristaller det är desto långsammare kommer utbrottet att vara, vilket också minskar hastigheten och avståndet som lavaströmmar färdas. "

"Ju färre kristaller som finns i lavan innebär att utbrottet kommer att påskynda, kan bli mer kraftfull och förödande. Vår forskning och detta nya tillvägagångssätt öppnar en helt ny gräns i studiet av vulkaniska processer. "

För att studera kristalltillväxten satte laget upp ett prov från ett verkligt utbrott i en högtemperaturcell, innan man utför röntgen CAT-skanningar samtidigt som man kontrollerar temperaturen på magma. Detta gjorde att laget kunde visualisera bildandet och tillväxten av kristaller, och mäta hur snabbt de växte.

Med hjälp av denna metod och teknik kan forskarna samla hundratals 3D-bilder under ett enda experiment. Dessa data används sedan i komplexa, numeriska modeller för att fullt ut karakterisera beteendet för vulkanutbrott mer exakt.

Dr Margherita Polacci, från Manchester's School of Earth and Environmental Sciences, och studiens huvudförfattare, sade:"Att mer exakt kunna förutsäga beteendet hos lavaströmmar kan också göra det möjligt för oss att hjälpa relevanta säkerhetsbyråer att ta fram och utveckla nya säkerhetsstrategier och åtgärder när vi hanterar utbrott i befolkade områden."

Detta är inte den enda användningen för sådan teknik inom geovetenskap. Prof Burton tillade:"Det finns många fler tillämpningar av detta tillvägagångssätt inom materialvetenskap, mineralutvinning och andra geologiska processer. Vi är mycket glada över möjligheten att utvidga våra studier till högt tryck, vilket vi kommer att göra i ytterligare experiment under 2018. "