Wissenschaftler führen Vulkanszenarien durch, um einen Reaktionsplan zu entwickeln

Was würde passieren, wenn morgen in New Mexico ein Vulkan ausbrechen würde? Wie sind wir als Gesellschaft auf ein solches Ereignis vorbereitet? Wenn es zu vulkanischen Unruhen kommt, müssen sowohl akademische als auch staatliche Stellen über ein umfassendes grundlegendes Verständnis des Vulkansystems verfügen und vor, während und nach dem Ereignis koordinieren. Diese Notwendigkeit hat zur Entwicklung eines Reaktionsplans geführt.

Hier hat das Community Network for Volcanic Eruption Response (CONVERSE) Szenarioübungen erstellt, die sich auf eine hypothetische Vulkankrise im San Francisco Volcanic Field (SFVF) in Arizona in den Vereinigten Staaten konzentrieren. Das Papier mit dem Titel „Lehren aus der CONVERSE Monogenetic Volcanism Response Scenario Exercise 2022“ lautete: kürzlich veröffentlicht In Volcanica. Yolanda C. Lin, Hauptautorin der University of New Mexico, und Tobias Fischer, Co-Autor, halfen bei der Veröffentlichung dieser Forschung.

Dieses Projekt unterstützte den Aufbau von Verbindungen zwischen Vulkanwissenschaftlern, sowohl innerhalb der Wissenschaft als auch mit Regierungsbehörden wie dem United States Geological Survey (USGS). Diese Studien sind von entscheidender Bedeutung für eine wirksame wissenschaftliche Reaktion im Falle eines tatsächlichen Ereignisses vulkanischer Unruhen. Die Wirksamkeit und Auswirkungen dieser Szenarioübungen wurden nicht ausreichend untersucht. Die Übung fand virtuell vom 4. Februar bis 4. März 2022 statt. Das San Francisco Volcanic Field (in Arizona) wurde teilweise deshalb ausgewählt, weil es eine „andere“ Art der Reaktion bot, als Feld statt einer klassischen „Kegel“-Form, und weil es eine Vielzahl von Kontrollorganen abdeckt (US-Regierung, Stammesgebiete, private Einrichtungen und mehr).

„Diese Forschung trägt zum Verständnis bei, wie diese Art von Szenarioübungen eine gemeinsame Kultur und ein Gemeinschaftsgefühl bei aktuellen und zukünftigen Vulkanwissenschaftlern entwickeln“, erklärte Yolanda C. Lin, Assistenzprofessorin am Institut für Geographie und Umweltstudien.

Die Community, von der Lin sprach, hat sich im wahrsten Sinne des Wortes durch die Nutzung von Online-Plattformen zur Durchführung von Szenarioübungen erweitert, die umfassender sein können (da keine Reisen erforderlich sind und die Finanzierung begrenzt ist) und über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden kann, da keine tatsächlichen Übungen durchgeführt werden Es werden Feldarbeiten durchgeführt.

Das Community Network for Volcanic Eruption Response (CONVERSE) ist ein Georisikozentrum, das alle verschiedenen Disziplinen der Vulkanwissenschaft vertritt, um die besten Entscheidungen zu treffen. Tobias Fischer, UNM EPS-Professor und leitender Hauptforscher von CONVERSE, arbeitete an der Gründung des Zentrums im Jahr 2022. Ein wichtiger Aspekt von CONVERSE ist die Partnerschaft mit dem US Geological Survey. Das Hauptziel von CONVERSE besteht darin, den wissenschaftlichen Nutzen von Vulkanausbrüchen zu maximieren.

CONVERSE erkannte schon früh, dass Übung unerlässlich ist, um die richtigen Vorgehensweisen zu verstehen, anstatt darauf zu warten, einen Ausbruch zu untersuchen. Um effizient zu sein, waren diese Übungsszenarien von entscheidender Bedeutung, um die Ergebnisse zu koordinieren und gemeinsam zu bearbeiten.

Das erste Szenario, das das Team untersuchte, war Mt. Hood, ein Vulkan in den Cascades. Es ist derzeit nicht sehr aktiv, stellt jedoch eine echte Bedrohung für Portland und andere große Bevölkerungszentren dar. Aus diesem Szenario entstand die Idee eines wissenschaftlichen Beratungsausschusses, der Informationen und Wünsche der Menschen sammelt, um an der Eruption zu arbeiten, und die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern organisiert, um ihre Ziele zu erreichen.

„Was wir mit CONVERSE wirklich tun wollen, ist, die Möglichkeit für Wissenschaftler zu eröffnen, die möglicherweise nicht sehr gut vernetzt sind und vielleicht junge Wissenschaftler sind, die gerade erst anfangen. Mit dem wissenschaftlichen Beirat haben wir begonnen, den Prozess der Zulassung umzusetzen.“ „Ich bitte die Leute, einen einseitigen Vorschlag zu verfassen und ihn an ein Gremium aus Kollegen zu schicken“, erklärte Fischer.

Aufgrund dieses von CONVERSE inszenierten Szenarios beschloss das Team, Vulkane im Südwesten zu untersuchen, da dort weniger Aktivität, mangelnde Überwachung und keine Seismizität oder Gasemissionen zu verzeichnen waren, was Anlass zur Besorgnis über einen Ausbruch gab. Allerdings besteht, wie Fischer betont, ein echtes Potenzial für Ausbrüche, da diese Vulkane erst vor einigen tausend Jahren ausbrachen, was im geologischen Zeitrahmen fast nichts bedeutet. Vor diesem Hintergrund wollte das Team etwas tun, das ein breites Beteiligungspotenzial an einem Ausbruch an einem Ort bietet, der nicht direkt von einem Observatorium überwacht wird.

Das Szenario selbst wurde von Mitgliedern des Organisationsteams entwickelt und die Forschung wurde durch Beobachtung der Teilnehmer mit einer Umfrage vor und nach dem Workshop unter der Leitung von Lin und der Co-Autorin und UNM-Studentin Ria Mukerji durchgeführt. Bei der Szenarioübung handelte es sich um ein hochgradig kollaboratives Projekt, das Fachwissen aus einem breiten Spektrum von Disziplinen zusammenbrachte.

„Als jemand, der sich mehr auf den Einsatz von Szenarien in der Katastrophenvorsorge konzentriert und kein Vulkanologe ist, war dies für mich ein wirklich spannendes Projekt, bei dem ich mehr von meinen Kollegen in der Vulkanwissenschaft lernen konnte“, erklärte Lin.

Die Experten kamen zusammen und erstellten einen künstlichen Datensatz und eine künstliche Zeitleiste, um zu simulieren, wie dieses Vulkanfeld aktiv werden könnte. Dieser Datensatz umfasste möglicherweise auftretende Erdbeben, Verformungen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt beginnen könnten, und Kohlendioxidemissionen, die auch während des Anschwellens der Eruption entstehen könnten. Das Team hat dies im Wesentlichen simuliert und diese Informationen an das Yellowstone Volcano Observatory weitergegeben.

Das Team tat dies mit mehreren unterschiedlichen Disziplinardatensätzen und ermöglichte es jedem, diese Daten einzusehen und Eingaben zu machen. Mithilfe der Datensätze konnten die Forscher Vulkane identifizieren, die Anzeichen von Verformung, Anzeichen von CO2-Emissionen und erhöhter Seismizität aufweisen. Anhand der gesammelten Informationen konnte das Team vorhersagen, in welche Richtung ein Lavastrom verlaufen würde.

„Dies geschah auf diese Weise, indem ein Szenario virtuell reproduziert wurde, das realistisch sein könnte, und den Menschen ermöglicht wurde, auf die Informationen zu reagieren, die möglicherweise gesammelt werden könnten. Jede Woche hatten wir Zoom-Anrufe, bei denen USGS einige Updates gab, bei denen die verschiedenen Disziplinargruppen Updates gaben.“ davon, was ihrer Meinung nach passiert, was ihre Daten zeigen“, sagte Fischer.

Die Übung trug dazu bei, Ressourcen im Zusammenhang mit vulkanischen Feldaktivitäten zu konsolidieren, und führte auch zu offenen Fragen, die neue Zusammenarbeit und Diskussionen anregten, sowohl durch die Online-Diskussionsanrufe, die Teil der Übung waren, als auch durch Vorschläge, die von Kooperationsteams eingereicht wurden.

„Im Hinblick auf das Verständnis der Rolle virtueller Szenarioübungen haben wir herausgefunden, dass diese Erfahrungen wirkungsvoll und einflussreich sein können und dass die Art und Weise, wie die Szenarien durchgeführt werden – einschließlich der Arten von Interaktionen und der Moderation von Kommentaren aller Teilnehmer – ein wichtiger Aspekt der Kultivierung ist.“ eine Kultur der Inklusivität bei diesen Übungen und damit auch in der Vulkanwissenschaft“, sagte Lin.

Die CONVERSE-Übung 2022 zeigte, wie ein hypothetisches Szenario dazu beitragen kann, die Beteiligung innerhalb einer Vulkanwissenschaftsgemeinschaft zu erweitern.

Die CONVERSE-Gruppe setzt die Szenarien fort und nutzt sie als pädagogischen Outreach-Prozess. Im Sommer 2023 veranstalteten sie einen Workshop, bei dem MS-Studenten, Ph.D. Studenten und Postdoktoranden erstellten ein weiteres komplexeres virtuelles Ausbruchsszenario, um einen realistischen und intern konsistenten Datensatz zu erstellen, der Deformationsdaten, Gasdaten und Erdbebendaten umfasst.

Die Studenten modellierten auch die Auswirkungen des Ausbruchs, wie z. B. die Höhe der Aschesäulen, die Richtung und Größe der Schlammströme und andere Gefahren. Die Studierenden können diesen Datensatz in zukünftigen Simulationen nutzen, um das Eruptionsszenario zu simulieren.

„Wir erhöhen die Komplexität und machen es immer realistischer, damit wir am Ende hoffentlich tatsächlich Vulkanmodelle erstellen können, die nah genug an dem sind, was tatsächlich passieren könnte, sodass wir direkt darüber informiert werden können, wie Vulkane funktionieren“, erklärte er Fischer.

Die Forscher haben aus diesem Szenario sieben wichtige Lehren gezogen, die in der veröffentlichten Arbeit dargelegt werden. Ein roter Faden, der in allen sieben Lektionen auffiel, konzentrierte sich darauf, wie die Szenarioübung die Einbeziehung in die Vulkanwissenschaft und die Reaktion auf Ausbrüche besser unterstützen kann.

Lin erklärt: „Vulkane haben sowohl physisch als auch kulturell eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Landschaften von New Mexico und allgemein im Südwesten gespielt. Obwohl Ausbrüche im Südwesten relativ selten sind, gab es in den letzten 10.000 Jahren zahlreiche Ausbrüche.“ Die Region wird aktiv auf mögliche Anzeichen vulkanischer Unruhen überwacht. Außerdem sind Vulkane einfach sehr cool.“