Constraints on the size, geometry and structural evolution of the storage locations in a volcanic plumbing system using diffusion-based physical modelling: a case study at Mt. Etna (Italy) and Laacher See (Germany) volcano

使用基于扩散的物理模型对火山管道系统中存储位置的大小、几何形状和结构演变进行限制:埃特纳火山(意大利)和拉赫湖(德国)火山的案例研究

基本信息

项目摘要

Despite modern geophysical methods, the constraints on the size, geometry and structural evolution – three important aspects – of magma reservoirs remain poor. These constraints are essential to fully understand the extent and behavior of the eruption feeding systems beneath dangerous volcanoes. We will (a) develop a diffusion-based tool to constrain the physical extent and geometry of the individual magma storage locations that make up a volcanic plumbing system. This ‘physical modelling’ will involve, as prerequisites, (b) experimental investigation of the behavior of crystals in a magma mush, and (c) detailed characterization of the individual storage locations in terms of connectivity, physical conditions and storage times. Samples from two very distinct volcanoes - Mt. Etna (Italy) and Laacher See (Germany) – will be studied. At first, diffusion and thermal modelling will be combined with results from the experiments to catalogue different shapes and their sizes with corresponding temperature-time histories of magmatic systems. Different storage locations will be identified and characterized using modern methods of system analysis, and thermodynamic and kinetic modelling. Finally, the results from this characterization will be compared with the calibrated catalogues to find the best fitting size and shape for each of the storage locations in Laacher See and Mt. Etna. The project will be the first ever study to constrain the size and structure of the storage locations within any volcano - active or dormant. It would develop a new and original diffusion-based tool that can be applied to any other volcano. The applications of this tool will fill the data gaps existing in terms of structural changes in volcanic studies, and will assist in volcano monitoring. The project is also timely considering the damage potential of Mt. Etna and the recent reactivation signs of Laacher See, a pre-historic explosive volcano. The results on Etna will be communicated to the Etna observatory in Italy. The PI has already successfully tested a primary version of the model on a small section of Laacher See. These pilot results along with the PI’s experience in experiments and diffusion/numerical modelling ensure the success of this project. It will be conducted as the PI’s first postdoctoral project and fits well into one of DFG’s key objectives of ‘early career support’.
尽管有现代地球物理方法,但对岩浆储层的大小、几何形状和结构演化这三个重要方面的限制仍然很差。这些限制对于充分了解危险火山下喷发补给系统的范围和行为至关重要。我们将(a)开发一种基于扩散的工具,以限制构成火山管道系统的各个岩浆储存位置的物理范围和几何形状。作为先决条件,这种“物理建模”将涉及(B)对岩浆泥中晶体行为的实验研究,以及(c)在连通性、物理条件和储存时间方面详细描述各个储存地点的特征。来自两座非常不同的火山的样本-- Mt.将研究埃特纳(意大利)和拉赫湖(德国)。首先,将扩散和热模拟与实验结果相结合,以编目不同的形状和它们的大小与相应的温度-时间历史的岩浆系统。将使用现代系统分析方法以及热力学和动力学建模来确定和描述不同的储存地点。最后,从这个特性的结果将与校准目录进行比较,以找到最适合的大小和形状的每一个存储位置在Laacher看到和山。埃特纳。该项目将是有史以来第一次研究限制任何活火山或休眠火山内存储位置的大小和结构。它将开发一种新的和原始的基于扩散的工具,可以应用于任何其他火山。这一工具的应用将填补火山研究中结构变化方面存在的数据空白,并将有助于火山监测。该项目还及时考虑了Mt.埃特纳火山和史前火山Laacher See最近的复活迹象。关于埃特纳的结果将通报给意大利的埃特纳观测站。PI已经成功地在Laacher See的一小部分上测试了该模型的初级版本。这些试点结果沿着PI在实验和扩散/数值模拟方面的经验,确保了该项目的成功。它将作为PI的第一个博士后项目进行,并且非常适合DFG的“早期职业支持”的关键目标之一。

项目成果

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