Forscher entwickeln Instrument zur Messung der Lavaviskosität im Gelände

Millionen von Menschen leben in der Nähe aktiver Vulkane, die ständig auf Anzeichen eines bevorstehenden Ausbruchs überwacht werden. Wenn es zu einem Ausbruch kommt, verlassen sich Wissenschaftler und Regierungen auf Daten, um das Ausmaß des möglichen Schadens abzuschätzen und Evakuierungspläne und Katastrophenschutzmaßnahmen zu erstellen. Aufgrund der Natur von Ausbrüchen kann das Sammeln von Daten über sie leider manchmal ebenso schwierig sein wie die Organisation einer Reaktion.

In Überprüfung wissenschaftlicher Instrumentehaben Forscher der University at Buffalo ein Werkzeug zur Messung der Viskosität von Lava entwickelt, das unser Verständnis von geschmolzenem Gestein verbessern und die Modelle seiner Bewegung optimieren könnte, um den Behörden wichtige Hinweise für die Sicherheit der Menschen zu geben.

Bei Flüssigkeiten wie Lava ist die Viskosität ein Maß für die Fließgeschwindigkeit. Eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität fließt schnell wie Wasser, während eine viskose Flüssigkeit eher wie Melasse wirkt. Wenn ein Vulkan in der Nähe von menschlichen Gebäuden ausbricht, geben Viskositätsmessungen den Rettungskräften Aufschluss darüber, wie viel Zeit ihnen zum Reagieren bleibt. Die derzeitigen Methoden reichen dafür oft nicht aus.

„An Orten wie Island oder Hawaii, wo es relativ häufig zu Lavaausbrüchen kommt, die die Infrastruktur wie Straßen und Gemeinden beeinträchtigen, ist die Einschätzung, wohin die Lava strömen könnte und wie schnell sie dorthin gelangen könnte, mit Unsicherheit behaftet“, sagte der Autor Martin Harris.

Das Problem besteht laut Harris darin, dass Viskositätsmessungen fast immer im Labor durchgeführt werden. Dies macht die Experimente einfacher und sicherer, aber es fehlt immer ein Schlüsselelement.

„Wenn Lava aus einem Vulkan ausbricht, werden viele verschiedene Gase als Blasen in der Lava eingeschlossen“, sagte Harris. „Wenn wir Messungen im Labor durchführen, können wir das Gas nicht wieder einführen. Was wir also messen, ist eine Darstellung der Lava ohne all ihre verschiedenen Bestandteile und wir übersehen etwas, das Einfluss darauf hat, wie die Lava fließen kann.“

Die einzige Lösung besteht darin, Messungen vor Ort durchzuführen. Dies bringt jedoch eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Viskositätsmessungen an Lava vor Ort gibt es schon seit fast einem Jahrhundert, allerdings ohne großen Erfolg. In vielen früheren Versuchen wurden Metallstäbe in die Lava eingeführt, von Hand oder mit einem federbelasteten Kolben hineingeschoben oder sogar wie ein Speer in die Lava geschossen, um die Viskosität des Stroms zu bestimmen.

Das Team der University at Buffalo behielt den klassischen Metallstab bei und befestigte ihn an einem Kraftmessgerät, um genaue Messungen durchführen zu können. Sie verbanden ihn mit einem zweiten Stab zur Messung der Verschiebung und entwarfen das gesamte Instrument so, dass es leicht genug war, um es in der Hand zu halten, und robust genug, um einer vulkanischen Umgebung standzuhalten.

Nachdem das Team das Gerät fertiggestellt hatte, testete es es auf einer Reise zu einem aktiven Vulkan in Island.

„Wir haben fast zwei Wochen damit verbracht, verschiedene Orte rund um den Litli-Hrútur-Ausbruch zu erkunden“, sagte Harris. „Das waren viele lange Stunden in einer ziemlich intensiven Umgebung, aber ich denke, am Ende waren wir alle wirklich beeindruckt und zufrieden mit der Arbeit, die wir leisten konnten.“

Bei ihrem Feldversuch sammelten die Forscher Dutzende Messungen der Lava an verschiedenen Orten und zu verschiedenen Zeiten. Diese Art von Daten sei entscheidend, sagen sie, da sie nicht nur zeige, wie die Lava in einem einzelnen Moment aussieht, sondern auch, wie sie sich entwickelt, während sie sich ausbreitet und abkühlt.

„Es war das erste Mal, dass Menschen diese Messungen in diesen verschiedenen Abschnitten der Lava durchgeführt haben“, sagte Harris. „Das wirklich Aufregende an diesem Instrument ist, dass wir diese Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Lava mit der Zeit und im Raum zeigen konnten.“

Das Team hofft, sein Instrument weiter zu verfeinern und es Forschungsgruppen und Überwachungsstationen an Vulkanen auf der ganzen Welt zur Verfügung zu stellen.