Sentetik Lav, Püskürmeyi Laboratuvara Getiriyor
Fotoğraf : Syracuse Üniversitesinden bir araştırma ekibi fırınından pahaoehoe benzeri lav üretip döküyor.
Lavların öngörülemez davranışları hakkında daha fazla bilgi edinmek ve yol açtıkları hasarları hafifletmek için bilim adamları kendi erimiş kayalarını yaratıyor ve manipüle ediyorlar.
Mayıs ayının başlarında, Hawaii’deki Büyük Ada’nın güneydoğu köşesinde yer alan Kilauea, patlamaya başladı ve en büyüğü 6,9 büyüklüğünde olan bir dizi deprem adayı sarstı. Depremler toprakta çatlaklar kırıklar oluşmasına neden oldu. Lav, o zamandan beri yanardağın kenarlarından aşağı akıyor. C & EN basın karşısına çıktığında, ilerleyen lavlar 668 evi imha etmiş, en az 26 km2’lik bir alana yayılarak denize ulaşmıştır. Kırmızı-sıcak kayadan gelen zararı izlemek en hafif ifadeyle tehlikelidir. Ama ABD Jeoloji Anketi’nden bir takım bilim adamlarının hem zirve üzerinde hem de aşağı Doğu Rift Bölgesi’nde dronların yardımıyla yaptığı şey tam da budur.
Her ne kadar bu yerinde veri toplama metodu, lavların nasıl çalıştığına dair yeni bilgiler arayan bilim insanlarına paha biçilmez bir metot olsa da, lavların hangi yolla akacağı konusunda bilgi sahibi olmanın tek yolu bu değildir. Fırınlar ve bazı ağır iş güvenliği ekipmanlarıyla donanmış laboratuvarlarda çalışan yer bilimciler burada kendi lavlarını yapıyor ve davranışlarını ölçüyorlar. Bu araştırmacılar, gelecekteki lav akışlarını anlama ve daha iyi yönetme çabalarına önemli katkılarda bulunuyorlar.
Sıcak Kayalar
Fotoğraf : 19 Mayıs’ta helikopterden çekilen bu görüntü, Kilauea’nın aşağı Doğu Rift Bölgesi’nden akan lavları göstermektedir.
Normalde volkanik aktivite ile ilişkili olmayan bir yer olan Syracuse, N.Y.’ta Jeffrey A. Karson, yüzlerce kilo erimiş lav üretebilen ve onu birkaç metrelik bir alana aktarabilen bir laboratuvar işletmektedir.
Syracuse Üniversitesi’nin Dünya Bilimleri Bölümü’nün kurucu ortağı olan Karson, “Bir laboratuvarda lav ile deney yapmak zannedildiği kadar tuhaf değil” diyor. “Lav sadece sıcak kayadır. Yeterince sıcak olan bir fırınınız varsa eriyik elde edebilirsiniz”. Karson ve ekibi, lav üretmek için 1.200 ° C’ye kadar çevredeki bir fırında ısıtılan dev bir Crock-Pot’a benzeyen bir pota kullanıyor.
Araştırmacılar herhangi bir eski taşla çalışmıyorlar. Wisconsin bölgesinden milyarlarca yıl yaşında, antik lav olan, bazalt topluyorlar. Karson, “Kristal ve cam karışımı olan gerçek, doğal bazaltik lav ile aynı bileşime sahip lav kullanıyoruz” diyor. “Bazaltın yaklaşık yarısı silika olup, demir bakımından zengin piroksen ve manyetit de içeren bir cam ve mineral karışımıyla elde ediliyor. Bu şu an Hawaii’de görülen kompozisyona benziyor ”diye ekliyor. Ayrıca, İzlanda’da ortaya çıkan lavların ve Dünya’nın volkanik faaliyetlerinin çoğunun meydana geldiği diğer büyük yarık bölgelerinde görülenlere benziyor.
Karson ve ekibi, hem Dünya’da hem de diğer gezegenlerde volkanik faaliyetlerle ilgili çeşitli soruları yanıtlamak için farklı koşullar altında lav oluşturup döküyorlar. Çalışmaları, lavların yer şekilleri üzerinde, bazen saatte 35 km’ye varan hızlarda, evlerin ve sahil şeridinin yutulduğu Hawaii’deki devam eden patlama ile doğrudan ilgilidir.
Syracuse ekibi özellikle, bir kabuğun veya tabakanın soğudukça lav üzerinde nasıl oluştuğunu ve sertleşmiş lavın kabuğunun akış yolunu ve şeklini nasıl belirlediğini araştırmıştır. Kabuk oluşumunu anlamak, belirli akış türlerini hafifletmeye veya yönlendirmeye yardımcı olabilir. Örneğin, İzlanda’nın Heimaey adasında 1973 yılında patlayan Eldfell patladığında kabuk oluşumunu hızlandırmak için itfaiyeciler tarafından lava başarılı bir şekilde su püskürtüldü. Bu yaklaşım adanın limanını yıkımdan kurtardı.
Tüm farklı bazaltik akıntı türleri arasında, pahoehoe lav akıntıları denilen, Karson’un ekibinin laboratuvarda en çok taklit ettiği lav türüdür. Bu lav akıntısının adı Havai dilinden gelmiştir, pürüzsüzdür ve yüzeyde ergimiş kaya sızıntısı olarak gelişen goblen benzeri kıvrımlara sahiptir. Şerbetin bir şişeden krep yığını üzerine sıkıldığı anı düşünün.
Sadece kabuk oluşumu üzerine odaklanmak yerine, Karson son zamanlarda davranışlarını öğrenmek için lavı farklı yüzeyler üzerinde akarken inceleme yoluna gitti. Karson, “Kilauea’dan gelen lav, eski lavlar, bitki örtüsü ve tabii ki evlerin ve yolların üzerinden akıyor ve her bir farklı yüzey lav akışını belirgin şekilde farklılaştırır” diyor.
O ve ekibi, lavların ıslak yüzeylerde çok hızlı bir şekilde aşağıya doğru kaydığını gözlemledi. Karson, “Bu, doğada gözlenmemiştir, ancak sonuçta uygun koşullarda çok sayıda farklı lav akışına da şahit olunmamıştır” diyor. Araştırmacılar, laboratuvarda gözlemledikleri bu davranışların bir gün gerçek dünyadaki senaryoları modellemek ve afet yönetim yetkililerinin can ve mal kaybını önlemede daha iyi kararlar vermelerine yardımcı olmak için kullanılacağını umuyorlar.
Syracuse araştırma programı, ev yapımı lavların oluşturulduğu ve döküldüğü ölçek bakımından türünün en büyüğüdür, ancak kesinlikle laboratuvarda lavlarla çalışan tek program değildir.
Columbia Üniversitesi’nden bir bilim insanı olan Einat Lev, kendi laboratuvarında lav benzeri malzemeler olan bal mumu, kil çamurları ve şeker şurupları kullanarak pahoehoe akışlarına benzer bir viskoziteye sahip lav akıntılarını araştırıyor.
Ayrıca Syracuse’daki araştırmacılarla işbirliği yapıyor, lav döküm ekipmanlarını, ergimiş bazalt akışlarını inceliyor, 10 cm’den 2 metreye kadar olan ölçeklerde lav döküyor ve sonuçları kendi benzer malzemelerinkilerle karşılaştırıyor.
Fotoğraf : Einat Lev’ın Columbia Üniversitesindeki grubu, hem şurup hem de ev yapımı lavın (resimde) yay dalgası olarak bilinen bir formasyondaki engeller etrafında nasıl aktığını test etti.
2015 yılında, Lev ve meslektaşları engellerin içine girdiğinde akan lav yoluna neler olduğunu araştırmak için hem şurup hem de erimiş bazalt kullandılar (Nat. Geosci. 2015, DOI: 10.1038 / ngeo2470). İlk önce şekerli şurupları eğimli ve basit düz ya da V şekilli engellere doğru akıttılar ve şelalenin bir engelin her iki tarafına nasıl yayılıp yay dalgası oluşturduğunu ölçtüler. Bazı durumlarda, şurup sonunda engelin üzerine çöküp akışın devam etmesine izin veriyordu. Ergimiş bazalt ile yapılan müteakip deneyler, araştırma bulgularını onaylıyordu.
Columbia ekibi şurubun (ve lavın) yoluna koyduğu engellerin şeklini, boyutunu ve yönelimini değiştirerek akışı kontrol etmenin yollarını buldu. Akan lavın kabaca dik açısında uzun bir bariyer akışı yavaşlatabildi. Aynı zamanda lavın akacağı eğimin aşağısında birbiri ardına sıralanmış bir dizi daha kısa bariyerler de işe yaradı.
Lev, bu bariyerlerin lavı nasıl etkilediğiyle ilgili bilgilerin Hawaii’deki mevcut patlamaya uygulanabileceğini söylüyor çünkü “Bir banketin veya bir evin arkasında bir lav akışının ne kadar birikeceğini ve engelin üzerinden geçtikten sonra ne kadar hızlı hareket edeceğini tahmin etmeye yardımcı oluyor” diyor.
Azıcık Lav
Fakat ne tonlarca ne de gram ölçeğinde lav üretmek her laboratuvar için uygun değildir.
KU Leuven’de Yerbilimci Olivier Namur ve meslektaşları, numunelerini milimetre boyutunda 50 mg ağırlığa sahip küçük altın veya platin potaların içinde ısıtıyor. Namur’un amaçları için, bu küçük miktardaki ergimiş kayaların, daha büyük bir ölçekte neler olduğunu anlamak için yeterli olduğunu söylüyor.
Pratik açıdan, daha küçük olan daha iyidir, çünkü takımın fırını sadece bu ölçekte sabit sıcaklıkları koruyabilir, altın ve platin potalar maliyetlidir ve küçük bir numune, fırında kimyasal dengeye daha hızlı ulaşabilir ve deney sürelerini kısaltır.
Fotoğraf : Oliver Namur’ın Ku Leuven daki takımı bu 20mm ye 3 mm altın kapları sentetik magmayı küçük miktarlara eritmek ve tutmak için kullanıyor.
Namur, püskürme öncesi, volkanlarda derin yeraltı ile ilgileniyor, teknik olarak, kendisi ve ekibinin çalıştığı malzeme, lavdan ziyade magma olarak düşünülebilir.
Magmanın yanardağların yeraltındaki kanallarda nasıl davrandığını anlamak, bilim adamlarının ergimiş kayaçların bir patlamada yüzeye ne yaptıklarını ve daha sonra nasıl davrandıklarını daha iyi tahmin etmelerine yardımcı olabileceğini söylüyor.
Sentetik magma yaratmak için, Namur’un ekibi Fe2O3 ve K2CO3 dahil olmak üzere yüksek saflıkta silikat, oksit ve karbonat tozlarının bir karışımını kullanıyor. Araştırmacılar tozları etanol veya asetonda karıştırıp az miktarda sahte magma hazırlıyorlar. Daha büyük ve daha homojen miktarlar elde etmek için, tozları bir dizi döngü boyunca 1,600 ° C’de bir fırında eritiyorlar.
Namur’un Nisan ayında yayınlanan son çalışması, magmanın bileşimi hakkında bazı sürprizler ortaya çıkardı ve madencilik çalışmalarına bile yardım edebilir. (Nat. Commun. 2018, DOI: 10.1038 / s41467-018-03761-4).
Fırınlarında, yanardağ magma odasının 1000-1400 derece arsı sıcaklığını ve yeryüzündekinin 1000 katı olan basıncı yaratarak Namur ve meslektaşları erimiş malzemenin birbirine karışmayan ve birisi silika diğeri demir bakımından zengin olan iki sıvıya ayrıldığını gördü. Ekip, bu gözlemlenen volkanik manzaraların demir cevheri açısından ne kadar gizemli bir şekilde zengin olduğuna dair bir tartışmayı çözüyor.
Namur bu bulgunun, madencilik faaliyetlerinin yeni demir cevheri yatakları bulmalarına yardımcı olabileceğini düşünüyor. Bu tür bir karışmazlığın yaratılması için hangi patlama koşullarına ihtiyaç duyulduğunun araştırılması, araştırmacıların demir bakımından zengin cevherleri nerede bulabileceklerini tahmin etmelerine yardımcı olabileceğini söylüyor. Namur, ekibinin karışmazlığa ulaşmak için, magmaya, oksitleyici şartlara ve suya ihtiyacımızın olduğunu öğrendiğini söylüyor.
Bütün bu çalışmalar, sentetik lavlar ve magmanın Syracuse programı tarafından kullanılanlardan bile daha büyük bir büyüklükte ölçekler üretilen gerçek lavlara ne kadar yaklaştığı sorusunu akla getiriyor.
Columbia’s Lev, şekerli şurupların volkanik malzemeden çok farklı görünmesine rağmen, sonuçların uyarlanabilir ve benzer olduğunu iddia ediyor.
Örneğin, “Şurup henüz daha çok sıcakken, viskozitesi Hawaii’nin akan lavların viskozitesine yakın” diyor.
Tüm volkan bilim topluluğu için, bu laboratuvar simülasyonları çok önemli veriler sağlıyor ve yerbilimcileri tehlikeli alan çalışmalarından kurtarıyor. Oxford Üniversitesi’nden bir volkanbilimci olan David Pyle, “Volkanik süreçler hızlı ve yüksek sıcaklıkta gerçekleşir ve vahşi ortamda bunlara erişim hem zor hem de tehlikeli olabilir” diyor. “Lav akışının laboratuvar simülasyonları, dikkatle kontrol edilebilmeleri, gözlemlenebilmeleri ve ölçülebilmeleri, ve gerçek dünya örneklerinden fiziksel olarak çok daha küçük bir ölçekte üretilseler bile, bilim adamlarına akan lavların fiziksel ve sayısal modellerini basitleştirilmiş bir şekilde test edilmelerini güvenli ve tekrarlanabilir bir şekilde sunma avantajlarına sahiptir. ”diyor.
Fotoğraf : Pahoehoe lav akışları, düz, goblen benzeri bir yüzey geliştiren bir bazaltik lav akışı türüdür.
Karson, Syracuse’ın deneylerini gerçek dünyayla benzer kılmak için çok çalıştıklarını söylüyor.
“Büyük ölçekli deneylerimiz, doğal pahoehoe akışlarında oluşan lob aralığında olan lav akış lobları yaratıyor” diyor. “Doğal akışlar sadece dev sürekli katmanlar değil” diye ekliyor. Aksine, onun yaptıklarına benzer küçük loblar yığınıdır.
Ama aynı zamanda, tüm ölçeklerde deneylerin daha eksiksiz düzgün sonuçlar için gerekli olduğunu iddia ediyor. “Deneylerimiz, ölçüm yapmak için tehlikeli ve imkansız olan doğal lav akıntıları ile diğer deney türlerinin saha çalışmaları arasındaki boşluğu kapatıyor” diyor. Bu diğer deneyler, daha küçük miktarlardaki lavların fiziksel özelliklerini ve Lev’in yaptığı gibi sayısal deneylerin yanı sıra yapılan analog deneyleri incelemeyi içermektedir.
Pyle, tüm modeller gibi (analitik, hesaplamalı ve deneysel) laboratuvar lav çalışmalarının doğal dünyanın “oyuncak görüntüsünü” sunduğu düşünülür diyor. “Ama iyi tasarlanmış deneyler bize, doğada asla göremeyeceğimiz şeyleri yakından gözlemleme şansı veriyor” diye ekliyor.
“En önemlisi, lav döküntülerinin yan ürünleri, harika parlak volkanik cam parçalarıdır. Şöminesinin üzerinde bunlardan istemeyecek birisi var mıdır acaba?
Kilauea’daki patlama devam ederken ve lav akışı her zamankinden daha fazla ilerlerken, laboratuvar yapımı lav ve magmanın belki de bir gün, acil durum personelinin can ve mal kaybına yönelik çabalarına katkı sağlaması olasıdır.
Katharine Sanderson, Fransa’da bulunan serbest bir bilim yazarıdır.
Kaynak : acs.org
