INGV 和慕尼黑大學最近發表在《科學報告》上的研究的目的是在實驗室中模擬火山灰在爆炸性噴發期間的行為，以提高粒子分散預測的準確性
是否有可能預測埃特納火山或維蘇威火山爆發時噴出的灰燼將如何落下以及落在何處？ 羅馬、比薩和卡塔尼亞國家地球物理和火山學研究所 (INGV) 的一組研究人員最近與慕尼黑大學合作進行了一項研究，在實驗室中模擬了火山灰的行為，以提高準確性爆炸性噴發期間粒子擴散的預測。 研究，顆粒體積分數對火山灰顆粒凝固速度的影響：來自聯合實驗和數值模擬的見解（http://www.nature.com/articles/srep39620), 發表在《科學報告》上。
“火山灰由玻璃和晶體的小碎片組成”，INGV 研究員 Jacopo Taddeucci 解釋說。 “這些顆粒是在火山爆發期間大量產生的。 這些顆粒被釋放到大氣中，形成火山雲，被風輸送和驅散，然後沉積在數千公里外的地面上，甚至在火山噴發後數月。”
火山灰對人類健康、環境和基礎設施有有害影響（請記住 2010 年冰島埃亞菲亞德拉冰蓋火山噴發對空中交通造成的破壞）。
INGV 研究員 Elisabetta Del Bello 補充說：“要提前知道火山灰將落在何處以及數量是多少，從而有效地應對其影響，必須更好地了解火山灰在火山雲中和氣氛。 在這項研究中，在實驗室中模擬了灰燼顆粒在落下灰過程中的行為，方法是用特殊的高速、高清攝像機拍攝下落的顆粒，然後通過數學模型再現相同的實驗。”
由於採用了這種組合方法，這項工作突出了從火山雲中掉落的灰燼量如何能夠改變顆粒的下落速度。
“這一發現的主要意義在於，在離噴發的火山最近的地區（不到 20-50 公里，取決於噴發情況），火山雲中的灰燼含量最高，顆粒沉降率可能會增加重要的是，地面上的灰燼堆積更多，Del Bello 補充道。
該研究還提出了一種方法來預測在這種情況下灰燼掉落的速度。 “這種方法”，Taddeucci 總結道，“將有助於提高預測爆炸性噴發期間火山灰擴散的準確性”。
抽象
大多數當前的灰燼傳輸和分散模型都忽略了火山羽流顆粒沉降過程中的顆粒-流體（雙向）和顆粒-流體加顆粒-顆粒（四向）相互作用。 這些相互作用是羽流中顆粒濃度的函數，可以發揮重要作用，例如解釋觀察到的和模擬的灰沉積物之間的差異。 為了更準確地預測火山灰的擴散和沈降，在實驗室實驗中進行了火山灰顆粒在顆粒體積分數 (ϕp) 範圍為 10−7-10−3 範圍內的沉降，並通過首先考慮這兩個因素的數值模擬進行了再現路，然後是四路耦合。 結果表明，對於 ϕp ~ 4−10，粒子一起沉降的速度可以超過粒子單獨沉降的速度最多 3 倍。 實驗和模擬結果之間的比較表明，在沉降過程中，沉降速度在很大程度上受到顆粒 - 流體相互作用的增強，但部分受到顆粒 - 顆粒相互作用的阻礙，隨著 ϕp 的增加。 結合實驗和數值結果，我們提供了一個經驗模型，允許校正任何大小、密度和形狀的粒子的沉降速度，作為 ϕp 的函數。 這些修正將影響火山羽流建模結果以及羽流參數的遙感反演技術。
Del Bello, E. 等人。 顆粒體積分數對火山灰顆粒凝固速度的影響：來自聯合實驗和數值模擬的見解。 科學報告 7, 39620； doi：10.1038/srep39620 (2017)。
實驗地球物理和火山學的高壓-高溫實驗室位於 INGV 的羅馬總部。 負責人是Piergiorgio Scarlato，INGV在火山學、地震學和環境領域的一些領先研究都是在實驗室進行的，其中一些研究作為歐洲項目的一部分得到資助。 INGV 的許多分析和實驗活動都集中在這裡，以支持研究和監測，以及技術和新調查方法的發展。 最近的實驗活動也是與其他國家的實驗室合作開展的，涉及與岩石和地震物理學、岩漿的化學物理特性以及火山過程模擬建模相關的模擬和測量。 該實驗室也是吸引意大利和外國研究人員的一極
照片 1 - 冰島，Eyjafjallajökull 噴發，2010 年 XNUMX 月：冰川頂部爆炸活動的高速拍攝
照片 2 - 2002 年 XNUMX 月埃特納火山噴發：在像這樣的強烈爆炸之後，火山灰經常到達卡塔尼亞市
照片 3 - 冰島，Eyjafjallajökull 噴發，2010 年 XNUMX 月：火山腳下的火山灰採樣。 研究人員被懸浮在空氣中的細灰包裹