När vulkanen Eyjafjallajökull på Island utbröt i april 2010, flygtrafiken avbröts i sex dagar och sedan avbröts till maj. Tills dess, modeller från de nio Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC) runt om i världen, som syftade till att förutsäga när askmolnet störde flygplanets rutter, baserades på spårningen av molnen i atmosfären.

I kölvattnet av denna ekonomiska katastrof för flygbolagen, askkoncentrationströsklar infördes i Europa som används av flygindustrin när de fattar beslut om flygrestriktioner. Dock, ett team av forskare, ledd av universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, upptäckte att även den minsta vulkaniska askan inte uppförde sig som förväntat. Dess resultat, att läsa i tidningen Naturkommunikation , kommer att bidra till att förfina hur vulkanisk aska representeras i prognosmodeller som används av VAAC:erna, som måste reagera i realtid för att ge användbara råd under ett vulkanutbrott.

Utbrottet av Islands Eyjafjallajökull -vulkan 2010 störde inte bara den globala flygtrafiken, men ifrågasatte också hur prognosstrategierna som används av VAAC:er fungerar, endast baserat på den rumsliga spårningen av askmolnet. Ett expertmöte förfinade strategierna baserade på tröskelvärden för askkoncentration och gjorde det möjligt för flygningar att återupptas snabbare, samtidigt säkerställa passagerarnas och flygpersonals säkerhet.

"Under ett vulkaniskt explosivt utbrott, fragment som sträcker sig från några mikron till mer än 2 meter matas ut från den vulkaniska ventilen, "förklarar Eduardo Rossi, en forskare vid Institutionen för geovetenskap vid UNIGE vetenskapliga fakulteten och den första författaren till studien. Ju större partiklar, ju snabbare och närmare vulkanen de faller, minska koncentrationen av aska i atmosfären. "Det är därför de nya strategierna har integrerade koncentrationsgränser som bättre definierar farligheten för flygmotorer. Från 2 milligram per kubikmeter, flygbolag måste ha ett godkänt säkerhetsfall för att fungera, ”säger forskaren i Genève.

Partikelaggregat som påverkar förutsägbara modeller

Trots befintlig kunskap om askmolnen, flera öppna frågor förblev obesvarade efter utbrottet i Eyjafjallajökull 2010, inklusive upptäckten av partiklar i Storbritannien som var mycket större än förväntat. "Vi ville förstå hur detta var möjligt genom att noggrant analysera askpartiklarna från Sakurajima -vulkanen i Japan, som har utbrott 2-3 gånger om dagen i mer än 50 år, "säger Costanza Bonadonna, professor vid Institutionen för geovetenskap vid UNIGE.

Genom att använda självhäftande papper för att samla askan innan den träffade marken, forskargruppen hade redan observerat under utbrottet i Eyjafjallajökull hur mikrometriska partiklar skulle gruppera sig till kluster, som, efter påverkan med marken, förstördes. "Det spelar en viktig roll i sedimentationshastigheten, konstaterar Eduardo Rossi. En gång sammansatt i aggregat, dessa mikrometerpartiklar faller mycket snabbare och närmare vulkanen än modellerna förutspår, eftersom de i slutändan är tyngre än om de föll individuellt. Detta kallas för tidig sedimentering. "

Forsränningseffekten, förklaras omöjligt genom teori

I Japan gjorde UNIGE -teamet en ny viktig upptäckt:observation av forsränningseffekten. Med en höghastighetskamera, vulkanologerna observerade sedimentationen av askan i realtid och upptäckte tidigare osynliga aggregat som kallas kärngrupper. "Dessa bildas av en stor partikel på 100-800 mikron-kärnan-som täcks av många små partiklar mindre än 60 mikron, förklarar Costanza Bonadonna. Och detta yttre lager av små partiklar kan fungera som en fallskärm över kärnan, fördröja dess sedimentation. Detta är forsränningseffekten. "

Denna forsränningseffekt hade teoretiskt föreslagits 1993, men förklarades slutligen omöjligt. I dag, dess existens är väl bevisat genom direkt observation och noggrann teoretisk analys, möjliggjort av höghastighetskamera. "Arbetar med Frances Beckett från UK Met Office, vi har utfört flera simuleringar som har gjort det möjligt för oss att besvara de frågor som uppstått vid utbrottet i Eyjafjallajökull och den oförklarliga upptäckten av dessa överdimensionerade askpartiklar i Storbritannien. Det var resultatet av denna forsränningseffekt, vilket försenade fallet av dessa aggregat, "entusiasmerar Eduardo Rossi.

Nu när askan aggregerar, kärnklyngorna och forsränningseffekten har studerats, det handlar om att samla in mer exakta fysiska partikelparametrar så att de en dag kan integreras i VAAC:s driftsmodeller, för vilken storlek och densitet spelar en avgörande roll för att beräkna koncentrationen av aska i atmosfären.