Ett geovetenskapsteam ledd av University of South Florida (USF) har utvecklat ett nytt sätt att rekonstruera storleken på vulkanutbrott som inträffade för tusentals år sedan, skapa ett första verktyg i sitt slag som kan hjälpa forskare att förstå tidigare explosiva utbrott som format jorden och förbättra sättet att uppskatta riskerna för framtida utbrott.

Den avancerade numeriska modellen som USF-teamet utvecklat tillåter forskare att rekonstruera utbrottshastigheter genom tiden genom att uppskatta dimensionerna på paraplymolnen som bidrar till ackumuleringen av enorma avlagringar av vulkanisk aska. Forskningen publiceras i den nya upplagan av Natur tidning, kommunikation, Jord och miljö .

Forskningen, som användes för att dechiffrera 2, 500 år gammalt vulkanutbrott i Ecuador, leddes av USF doktorand Robert Constantinescu i samarbete med USF kollegor Research Associate Laura Connor, Professor Chuck Connor, Docent Sylvain Charbonnier, doktorand Alain Volentik och andra medlemmar av ett internationellt team. USF:s Volcanology Group är ett av världens ledande centra för vulkanvetenskap och riskbedömning.

När stora explosiva utbrott inträffar, de bildar lateralt spridda paraplymoln in i stratosfären, underlätta transport av finkornig aska över hundratals mil som lägger sig och täcker stora delar av land.

Nuvarande teknik gör det möjligt för forskare att observera askmoln. Dock, tidigare utbrott kännetecknas utifrån den geologiska tolkningen av deras tefraavlagringar - de bitar och fragment av sten som kastas ut i luften av en vulkan som bryter ut. Genom att uppskatta utbrottsvolymen och massan, plymhöjd, paraplymolndimensioner och andra egenskaper, forskarna kan förstå och karakterisera vulkanutbrotten, förbättrar därför prognosen för framtida händelser.

Genom att använda en serie fälttekniker kombinerade med statistisk och numerisk modellering, vulkanologer hämtar information från fyndigheterna för att karakterisera och klassificera ett utbrott på en av de mest använda skalorna, Volcanic Explosivity Index (VEI). Tills nu, den mest eftertraktade informationen är utbrottskolonnens höjd och den totala utbrottsmassan eller -volymen, sa Constantinescu.

Men med tiden, avlagringar eroderar och kan ge en osäker bild av äldre utbrott. Också, nuvarande modeller har varit begränsade genom att de antar att alla vulkanutbrott skapade mestadels vertikala plymer, Constantinescu sa, och ta inte hänsyn till stora explosiva utbrott som bildar lateralt spridda paraplyaskamoln.

USF-teamets arbete visar att det är dimensionerna på paraplymolnen som är den talande faktorn för att rekonstruera tidigare stora explosiva utbrott.

"Ju bättre vi kan rekonstruera karaktären av tidigare utbrott från fyndighetsdata, ju bättre vi kan förutse potentiella faror i samband med framtida explosiva utbrott, " skrev teamet i den nya tidskriftsartikeln.

Forskarna föreslår att VEI-skalan uppdateras med paraplymolndimensionerna, som nu enkelt kan uppskattas med hjälp av de matematiska modeller de har utvecklat.

Forskarna tillämpade sin modell på tefraavlagringen av utbrottet i Pululagua, en nu vilande vulkan cirka 50 mil norr om huvudstaden Quito. Ecuador anses vara ett av världens mest farliga länder för vulkaner. Vulkanen bröt ut senast uppskattningsvis 2, 500 år sedan och området är nu ett geobotaniskt reservat känt för sin biologiska mångfald och grönskande landskap.

Det finns ca 1, 500 potentiellt aktiva vulkaner över hela världen, förutom de som lurar under världshaven. År 2020, det var minst 67 bekräftade utbrott från 63 olika vulkaner, enligt Smithsonian Institution Global Volcanism Program." Om paraplymolnen av stora utbrott i modern tid lätt kan observeras, vi har nu förmågan att uppskatta paraplymolnen från tidigare utbrott, ", sa Constantinescu. "Vår numeriska modell gör det möjligt för oss att bättre karakterisera tidigare vulkanutbrott och informera modeller för framtida riskbedömning."