Formen på vulkaner och deras kratrar ger kritisk information om deras bildande och utbrottshistoria. Tekniker som tillämpas på fotografier - fotogrammetri - visar löfte och nytta för att korrelera formförändringar till vulkanisk bakgrund och utbrott.

Förändringar i vulkanform - morfologi - som uppstår vid stora utbrott är kvantifierbara, men vulkanisk bakgrund, manifesteras som små volymsexplosioner och kraterväggskollaps, kan också orsaka förändringar i morfologi och är inte väl kvantifierade.

Ett team av Penn State -forskare studerade Telica Volcano, en ihållande aktiv vulkan i västra Nicaragua, att både observera och kvantifiera småskaliga intra-kraterförändringar i samband med bakgrund och utbrottaktivitet. Geologer anser att Telica är "ihållande" aktivt på grund av dess höga nivåer av seismicitet och vulkanisk avgasning, och det bryter ut under mindre än 10-årsperioder.

Teamet använde direkta observationer av kratern, fotografiska observationer från 1994 till 2017 och fotogrammetriska tekniker på foton som samlats in mellan 2011 och 2017 för att analysera förändringar vid Telica i samband med toppmötet kraterbildning och utbrottsprocesser. De använde struktur-från-rörelse (SfM), en fotogrammetrisk teknik, för att konstruera 3D-modeller från 2-D-bilder. De använde också punktmolndifferensiering, en metod som används för att mäta förändring mellan fotoprovtagningsperioder, för att jämföra 3D-modellerna, tillhandahåller ett kvantitativt mått på förändring i kratermorfologi. De rapporterade sina resultat i Geokemi, Geofysik, Geosystem .

"Foton av kratern togs som en del av en tvärvetenskaplig studie för att undersöka Telicas ihållande aktivitet, "sa Cassie Hanagan, huvudförfattare på studien. "Bilder samlades in från våra samarbetspartners för att göra observationer av kraterns funktioner, såsom platsen och antalet fumaroler eller områden med vulkanisk avgasning i kratern. Under tidsperioder som hade tillräckligt med foton, SfM användes för att skapa 3D-modeller av kratern. Vi kunde sedan jämföra 3D-modellerna mellan tidsperioder för att kvantifiera förändringar. "

Med hjälp av de SfM-härledda 3D-modellerna och punktmolndifferenser kunde teamet kvantifiera hur kratern förändrades genom tiden.

"Vi kunde se förändringarna genom att visuellt titta på bilderna, men genom att använda SfM, vi kunde kvantifiera hur mycket förändring som hade skett på Telica, "sa Peter La Femina, docent i geovetenskap vid Penn State Department of Geosciences. "Detta är en av de första studierna för att titta på förändringar i kratermorfologi i samband med bakgrund och utbrottaktivitet under en relativt lång tidsperiod, nästan en tioårsperiod. "

Telicas morfologiska förändringar jämfördes sedan med tidpunkten för utbrott för att undersöka processer som leder till kraterbildning och utbrott.

Vulkaner bryter ut när trycket byggs bortom en brytpunkt. På Telica, två mekanismer för att utlösa utbrott har antagits. Dessa är utbredd mineralisering inom det underjordiska hydrotermiska systemet som tätar systemet och ytlig blockering av ventilen genom jordskred och stenfall från kraterväggarna. Båda mekanismerna kan leda till tryckökning och sedan utbrott, enligt forskarna.

"En fråga var om täckning av ventilerna på kratergolvet kan orsaka tryckuppbyggnad, och om det skulle orsaka en explosiv frigöring av detta tryck om ventilen var tillräckligt tätad, sa Hanagan.

Jämförelse av punktmolens skillnadsresultat och de fotografiska observationerna indikerade att ventilationsutfyllning genom massavfall från kraterväggarna sannolikt inte var en primär mekanism för tätning av det vulkaniska systemet före utbrott.

"Vi fann att material från kraterväggarna faller på kratergolvet, fyller utbrottet, "sa La Femina." Men samtidigt, vi ser fortfarande aktiva fumaroler, som är ventiler i kraterväggarna där högtemperaturgaser och ånga avges. Fumarolerna förblev aktiva även om talusen från kraterväggarna täckte ventilationsöppningarna. Detta tyder på att åtminstone det djupare magma-hydrotermiska systemet inte är direkt förseglat av jordskred. "

Forskarna noterar vidare att kraterväggsmaterialets kollaps är rumsligt korrelerat till där avgasning är koncentrerad, och att små utbrott blåser ut detta fallna material från kratergolvet. De föreslår att dessa förändringar upprätthåller en kraterform som liknar andra toppkratrar som bildades genom kollaps i en evakuerad magmakammare.

"Det vi fann är att under explosionerna Telica slänger ut mycket material som kom från kraterväggarna, "sa La Femina." I avsaknad av magmatiska utbrott, kratern bildas genom denna bakgrundsprocess av kraterväggkollaps, och regionerna för fumarolaktivitet kollapsar företrädesvis. "