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照片可以增进对火山过程的了解

  • 科学
  • 2020-07-18 08:47:59
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火山的形状及其火山口提供了有关火山形成和爆发历史的重要信息。摄影技术应用于摄影测量,显示了将形状变化与火山背景和喷发活动联系起来的前景和实用性。

重大喷发时发生的火山形状变化(形态)是可以量化的,但是背景火山活动(表现为小体积爆炸和火山口壁塌陷)也会引起形态变化,因此无法很好地量化。

宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组研究了尼加拉瓜西部持续活跃的火山特利卡火山,以观察和量化与背景和喷发活动相关的小规模火山口变化。地质学家认为,Telica具有很高的地震活动性和火山脱气性,因此“持续”活跃,并且爆发时间不到10年。

该团队使用火山口的直接观测,1994年至2017年的摄影观测以及2011年至2017年收集的照片的摄影测量技术,分析了在山顶陨石坑形成和喷发过程中Telica的变化。他们使用了摄影测量技术“运动结构”(SfM)从2D图像构建3D模型。他们还使用了点云差分法(一种用于测量照片采样周期之间变化的方法)来比较3-D模型,从而定量评估了陨石坑形态的变化。他们在“地球化学”,“地球物理学”,“地球系统”中报告了他们的结果。

该研究的主要作者卡西·汉纳根(Cassie Hanagan)说:“陨石坑的照片被作为一项多学科研究的一部分,以研究泰利卡的持续活动。”“从我们的合作伙伴处收集的图像用于观察火山口的特征,例如火山口中的喷气孔的位置和数量或火山脱气的区域。对于有足够照片的时间段,SfM用于创建火山口的3D模型。然后,我们可以比较各个时间段之间的3-D模型以量化变化。”

使用源自SfM的3D模型和点云差分,团队可以量化陨石坑如何随时间变化。

宾夕法尼亚州立大学地球科学系地球科学副教授彼得·拉·费米纳(Peter La Femina)说:“我们可以通过肉眼观察照片来看到变化,但是通过使用SfM,我们可以量化Telica发生了多少变化。”“这是首批研究在相对较长的时间段(近十年)内与背景和爆发活动相关的火山口形态变化的研究之一。”

然后将Telica的形态变化与喷发活动的时间进行比较,以研究导致火山口形成和喷发的过程。

当压力超过临界点时,火山爆发。在Telica,已经假设了两种触发爆发的机制。这些是地下热液系统中广泛的矿化作用,它密封了系统,并因滑坡和从火山口壁落下的岩石而对发泄孔造成了明显的阻塞。研究人员说,这两种机制都可能导致压力增加,然后喷发。

汉纳根说:“一个问题是,覆盖火山口地板上的通风口是否会引起压力积累,如果通风口被充分密封,是否会引起压力的爆炸性释放。”

比较点云的差异结果和摄影观察结果表明,由于火山口壁的质量浪费造成的喷口填充不可能是喷发前火山系统封闭的主要机制。

La Femina说:“我们发现火山口壁上的物质确实落在了火山口地板上,充满了喷发口。”“但是,与此同时,我们仍然看到活跃的喷气孔,它们是火山口壁上的喷口,那里散发着高温气体和蒸汽。即使火山口壁的距骨覆盖了喷口,喷气孔仍然保持活性。这表明至少较深的岩浆热液系统没有被滑坡直接密封。”

研究人员进一步指出,火山口壁材料的塌陷与脱气的集中位置在空间上相关,并且小的喷发将这种下落的材料从火山口地板上吹走。他们认为,这些变化维持了与其他山顶陨石坑相似的陨石坑形状,这些陨石坑是由坍塌成一个疏散的岩浆室形成的。

La Femina说:“我们发现,在爆炸过程中,Telica扔掉了许多来自火山口壁的材料。”“在没有岩浆喷发的情况下,火山口是通过火山口壁坍塌的背景过程形成的,而喷气孔活动的区域优先塌陷。”

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