Anul trecut, oamenii de știință și studenții de la Universitatea din Buffalo au îmbrăcat costume de protecție din aluminiu și s-au apropiat foarte mult de materialul topit care se scurge din Islanda. Litli-Hrútur vulcan.
„Sună ca un buldozer de sticlă spartă care vine în calea ta”, a spus vulcanologul Stephan Kolzenburg.
În timp ce majoritatea oamenilor ar evita să se apropie de un vulcan, echipa avea un motiv important să fie acolo: să încerce un dispozitiv nou-nouț, un penetrometru care măsoară vâscozitatea lavei. Un nou studiu publicat în Revizuirea instrumentelor științifice discută despre penetrometru și despre datele de la prima utilizare în teren – informații neobținute până acum dintr-un flux de lavă activ.
Limitările lavei de laborator
Lavă este un amestec de trei faze: topitură, sau rocă topită; bule sau gaz conținute în topitură; și cristale, sau materiale solidificate și răcite. Cunoașterea vâscozității lavei este cheia pentru a înțelege mai bine cât de repede curge. Lava cu vâscozitate mai mare este groasă și lipicioasă; lava cu vâscozitate mai mică se mișcă mai mult ca un lichid sau un „râu de foc”.
Compoziția și vâscozitatea lavei variază nu numai între vulcani, ci și cu caracteristici diferite într-un singur vulcan, a spus Alan Whittington, un vulcanolog care nu a fost implicat în noul studiu. De exemplu, „lava fierbinte este în general foarte fluidă”, a explicat el. „Pe măsură ce lava se răcește, devine într-adevăr foarte, foarte lipicioasă.”
Din cauza acestei complexități – ca să nu mai vorbim de pericolele de a fi atât de aproape de material imprevizibil peste 1.832 de grade Fahrenheit (1.000 de grade Celsius) – experimentele pentru măsurarea vâscozității lavei au fost limitate. Studiile și dispozitivele anterioare de viscozitate de teren au dezvăluit informații despre lavă doar într-un singur loc și timp specific.
Majoritatea cercetărilor privind vâscozitatea lavei se fac într-un cadru de laborator unde oamenii de știință pot creează propria lavă. Deși acest tip de experiment oferă informații importante despre modul în care lava s-ar putea comporta în natură, rămâne un efort foarte controlat.
„Putem topi din nou rocile pe care le găsim și apoi să scădem temperatura în laborator, iar acestea vor începe să se cristalizeze”, a explicat Kolzenburg, unul dintre autorii studiului recent. Cu toate acestea, pentru că aceste experimente sunt efectuate la presiunea atmosferică, substanțele volatile, cum ar fi gazele, vor crea bule care se dizolvă, „și la fel ca o cutie de sifon după câteva ore, se va plati. Nu putem conține substanțe volatile în laborator”. el a spus.
Construirea unui penetrometru mai bun
Din cauza limitărilor laboratorului – și pentru a verifica datele obținute din experimentele anterioare cu lavă artificială – a fost nevoie de un nou instrument pentru a măsura vâscozitatea lavei în câmp. Studenții au lucrat cu mașiniștii de la Universitatea din Buffalo pentru a construi prototipuri. „Scopul a fost de a avea un dispozitiv portabil care să poată măsura vâscozitatea unui material într-un volum relativ mare”, a spus Martin Harris, un doctorat. candidat și autor principal al studiului recent.
Odată ce au fost mulțumiți de un design pentru penetrometrul lor – un dispozitiv din oțel inoxidabil care are o formă un pic asemănătoare unui trântor lung de buruieni – l-au testat în substanțe cu vâscozitate diferită: „Silly Putty, geluri de genul ăsta pe care am putea pune mâna”, a spus. Harris.
Penetrometrul trebuia să fie suficient de lung pentru ca utilizatorul să poată sta la o distanță apropiată, dar sigură, și suficient de portabil pentru a fi manipulat de cercetători de diferite dimensiuni și forțe fizice. Nu s-a putut topi odată ce a atins lava.
„În cele din urmă, măsurătorile în sine nu durează atât de mult. Te afli pentru 30 de secunde și poți să faci un pas înapoi, să o cobori și să te odihnești puțin, apoi să mergi din nou. Nu este ceva care trebuie ținut timp de 10 minute de putere cu adevărat intensă”, a spus Harris.
Noul penetrometru de lavă funcționează prin măsurarea cantității de forță pe care instrumentul are nevoie pentru a fi împins într-un material, precum și a cât timp durează pentru a ajunge la o anumită adâncime. Aceste două proprietăți, forța și deplasarea, determină vâscozitatea materialului înconjurător. Dispozitivul în sine constă dintr-un tub lung atașat la un manometru care măsoară forța de compresiune. Pe partea de sus a tubului, o a doua tijă de metal trece de-a lungul unei piste de rulmenți pentru a măsura deplasarea.
O primă încercare de teren reușită și nu numai
Măsurătorile capturate în Islanda anul trecut au arătat o gamă largă de vâscozitate a lavei, de la 300 la 34.000. pascal-secundeceea ce înseamnă că o parte de lavă a fost mai fluidă, iar altele mai lipicioase, într-un interval de temperaturi de la 2.098 F la 2.129 F (1.148 C la 1.165 C).
„Lucru interesant pentru mine este cât de variabil ar putea fi debitul pe măsură ce începi să împingi în el”, a spus Whittington. „Cred că sunt multe de învățat. [The lava penetrometer is] o completare excelentă a abordării de teledetecție și experiment de laborator pe care o avem în prezent. Nu le înlocuiește pe niciuna dintre ele. Dar va produce o mulțime de date noi grozave.”
Următorul lucru pentru Harris și echipa de la Buffalo este să colaboreze cu observatoare de vulcani din întreaga lume, ca unul de pe insula La Réunionși instruiți alți cercetători cum să folosească penetrometrul. „Aceasta va facilita în cele din urmă mai multe studii globale și seturi de date privind vâscozitatea lavei – o mai bună înțelegere a vâscozității sale pe măsură ce iese din pământ. Singura modalitate prin care se poate face este dacă mai mulți oameni folosesc aceste instrumente.”