В статье, опубликованной на прошлой неделе журналом Nature Geoscience, команда описывает две отдельные области переноса, которые были хорошо изучены: нетурбулентный нижний поток и полностью турбулентная область облака пепла в верхней части потока. Но вулканические потоки, по-видимому, имеют ранее нераспознанную третью зону, где течения встречаются.
«Внутри этой средней зоны смесь газа и частиц вела себя принципиально иначе, чем турбулентное облако взвеси наверху и богатая частицами лавина пемзы внизу», — сказал Герт Любе из Massey. "Эти мезомасштабные кластеры турбулентности контролируют эволюцию внутренней структуры и потенциального ущерба пирокластических потоков во время вулканических событий."
Пирокластические потоки, подобные тем, что накрыли Помпеи, представляют собой лавины быстро движущихся облаков горячего пепла, горных пород и газа, которые выбрасываются во время извержений.
Они несут ответственность за 50 процентов гибели вулканов каждый год.
«Наши эксперименты позволяют нам лучше понять физику того, что мы никогда не увидим: внутренности реального вулканического потока», — сказал Эрик Бреард из Мэсси, ведущий автор, который в январе начнет стажировку в Технологическом институте Джорджии. "Изучая, как быстро растет эта мезомасштабная область и как меняется ее динамика, он в конечном итоге может сказать нам, насколько опасными могут быть потоки."
Чтобы создать и измерить потоки, команда использовала единственный в своем роде симулятор извержения Massey. Команда поднялась на 12-метровую башню в перепрофилированной котельной и вылила более 3500 фунтов пемзы и золы по 12-метровому узкому желобу.
Высокоскоростные камеры фиксировали поток, а датчики фиксировали данные.
«Эти эксперименты продемонстрировали, что в промежуточной переходной зоне между полностью турбулентной верхней частью потока и нижележащим концентрированным нижним потоком энергия из самых крупных масштабов движения жидкости отбирается частицами, которые почти точно повторяют движение жидкости», — сказал соавтор. автор Йозеф Дуфек, доцент Технологического института Джорджии. "Это создает дендритные структуры или волны частиц, которые замедляют поток и обеспечивают ступень ограничения скорости для частиц, попадающих в нижний слив, где они могут нанести наибольший ущерб."
«Это открывает новый путь к надежному прогнозированию их движения и будет особенно актуальным для ученых, занимающихся опасными явлениями, и лиц, принимающих решения, поскольку они приведут к значительному пересмотру прогнозов вулканической опасности и, в конечном итоге, к более эффективным мерам по обеспечению безопасности людей», — сказал Любе.