Kukoricasziruppal modellezték a lávamozgást

2018-ban a hawaii Kīlauea kitörésekor lakott területen zajlottak az események, a kitörés miatt 2000 embert telepítettek ki, ám így is megsérült 24 fő, és megsemmisült 716 építmény. A lávafolyások okozta kár meghaladta a 800 millió dollárt.

Habár egyáltalán nem ritka, hogy a lávafolyás buborékos, a Kīlauea e kitörése során a megszilárdult lávából vett mintákból az derült ki, hogy számos esetben a láva térfogatának több mint 50 százalékát gázbuborékok tették ki.

Az Amerikai Geofizikai Unió őszi online konferenciáján bemutatott eredmények szerint a buborékok közt volt olyan, amelyik az egy métert is elérte, és a kitörés lehetőséget adott arra, hogy a vulkanológusok élőben figyelhessék meg, miként befolyásolják a kőzetolvadék gázai a láva mozgását a lejtős vagy épp sík terepen. Azonban ahhoz, hogy a jelenség fizikáját részletesen is megismerjék, laboratóriumi kísérletekre is szükség volna, ám érthető okokból ezt nem igazán célszerű folyékony kőzetolvadékkal végezni, számolt be az EOS földtudományi hírportál.

Acuko Namiki, a japán Hirosimai Egyetem vulkanológus kutatója épp Hawaii-n volt, amikor a 2018-as kitörés zajlott, s észrevette, hogy a lávafolyások eleinte rendkívül gyorsak voltak, majd később jelentősen lelassultak. „Nagyon meglepődtem a különbségen, és szerettem volna magyarázatot találni a hirtelen változásokra a buborékos és buborék nélküli lávafolyások segítségével” – mondta a kutató. Nem volt szükség valódi kőzetolvadékra a laborkísérletekhez, a buborékos kőzetolvadékot kiválóan sikerült helyettesíteni kukoricaszirup, szódabikarbóna és citromsav keveréke segítségével, így aztán vizsgálni tudták a viselkedését is, mesterséges lejtőkön. A kísérletekből egyértelműen beigazolódott, hogy a buborékok befolyásolják a láva viszkozitását, és már egy kis változás a láva belső szerkezetében elvezethet a jelentős és tartós dinamikai különbségekhez.

A kukoricaszirup olyan anyag, amellyel remekül lehet modellezni a lávafolyásokat, könnyen változtathatóak a tulajdonságai. A jelen vizsgálatok során háromféle típust állítottak elő a szódabikarbóna és a citromsav segítségével: tiszta kukoricaszirup, buborékos kukoricaszirup, és buborékos, de lebegő szemcséket is tartalmazó kukoricaszirup. A háromféle „láva” egy műanyaglapból készült lejtőre került, ahol a saját tulajdonságai által meghatározott módon lefolyhatott. Eközben egy kamera felülnézetből rögzítette a mozgást, az egyes „lávafolyások” vastagságát pedig lézerrel mérték folyamatosan.

Sematikus rajz arról, hogy mi történik a buborékokat tartalmazó lávafolyásban.

Forrás: AGU / Acuko Namiki

A leggyorsabb a buborékmentes volt, kissé lassabb a buborékos, és végül a buborékot és szemcséket is tartalmazó meglehetősen kényelmes tempóban folyt csak lefelé, ráadásul a teljes szirupfolyás középütt gyorsabb, a szélein lassabb volt. Kiderült a kísérletből, hogy a buborékok a lávafolyás teteje felé igyekeznek, és csupán egy vékonyka „láva” héj választja el a buborékot a levegőtől. Ez a valóságban a héjas pahoehoe avagy lepényláva típusú lávafolyások jellemzője, ahol a lávafolyás tetején vékony kéreg képződik, s a lávafolyás megszilárdulását követően ez veszélyes lehet, mert könnyen beszakad, ha valaki rálép. A buborékok eleinte növelik a lávafolyás viszkozitását, vagyis lassabban folyóssá válik így a láva, azonban, ahogy a gázok a lávafolyás tetejére emelkednek, ezzel felgyorsul a láva mozgása is.

A buborékok tetején lévő kéreg megszilárdul, az óvatlan túrázó ha erre rálép, könnyen beszakad alatta, súlyos balesetet okozva. E lávakőzet neve a héjas pahoehoe.

Forrás: Oregon State University

Az egyszerű és rendkívül olcsó modellkísérletekkel sokat lehet javítani azokon az előrejelzéseken, amelyek alapján a lakott területeket kiürítik. A további pontosabb laboratóriumi mérések alapján a valós lávafolyásoknál fellépő körülmények részleteit is megismerhetik majd a kutatók, és így a hatóságok, polgári védelmi szervek a jelenleginél sokkal hatékonyabb és megbízhatóbb védelmi intézkedéseket hozhatnak majd.