TMS-støttet vulkanforskning publisert i Nature Communications

– Teamet mitt og jeg er veldig glade for å se arbeidet vårt i en synlig journal som Nature Communications. Det viser hvor vellykket samarbeidet vårt har vært, sier Willem Godert Maria van der Bilt.

Geovitenskapsforskeren ble tildelt prestisjestipendet TMS Starting Grant i 2021. Kort tid etter begynte han å studere de usynlige sporene etter vulkanutbrudd og andre geofarer («geohazards») i geologiske data. Gjennom forskningen sin har han funnet ut at CT-skanning er et av de mest lovende verktøyene som finnes for å oppnå bedre vurderinger av vulkansk fare.

– Vulkanutbrudd er blant de mest ødeleggende geofarene som påvirker menneskers samfunn. Økt forståelse av omfanget og hyppigheten av de største og farligste vulkanutbruddene vil forbedre vår evne til å beregne risiko for vulkanske katastrofer i fremtiden. Det å oppnå dette med bruk av CT-skanning henger godt sammen med mange av metodene jeg bruker til andre formål i mitt TMS-finansierte PASTFACT-prosjekt, sier van der Bilt.

Ut av boksen

– CT-skanning er vanligvis ikke forbundet med studier av vulkanutbrudd, eller?

– Nei, det er absolutt litt utenfor boksen, sier van der Bilt.

Computertomografi (CT) er en form for røntgen som er kjent for å frembringe detaljerte bilder av innsiden av kroppen.

Selv om CT-skannere vanligvis brukes av medisinsk personell for å oppdage kroppslige skader som beinbrudd, har van der Bilt og kolleger vist at de også egner seg svært godt til å detektere kjennetegn ved geologisk materiale; med en spesiell CT-skanner fra Earthlab ved Institutt for geovitenskap, har de for eksempel klart å telle partikler som har blitt sluppet fra isfjell og oppdage usynlige vulkanske askemarkører basert på den unike tettheten til disse materialene.

Van der Bilt forklarer hvordan en CT-skanner kan gi mer nøyaktige estimater av størrelsen på vulkanutbrudd:

– En CT-skanner visualiserer tetthetsforskjeller, for eksempel mellom beinmateriale og et brudd. I vulkanologisk sammenheng, bruker vi CT-skanner til å måle tetthetsforskjellen mellom vulkanske bergarter og luften (porøsitet) mellom disse partiklene. Tidligere ble disse tomme områdene lagt til i anslagene av størrelsen på vulkanutbrudd fordi forskere ikke har hatt mulighet til å kvantifisere dem riktig. Det førte til mange feilaktige og oppblåste volum-anslag. CT-skanninger kan visualisere disse områdene i 3D og utlede informasjon om tetthetsforskjeller i skalaer som er usynlige for mennesker. Dette lar oss estimere størrelsen på tidligere utbrudd med mye større sikkerhet.

Kontaktet av GEOMAR

Etter å ha hørt om van der Bilt og kollegers betydningsfulle funn, tok forskere ved GEOMAR i Kiel, Tyskland kontakt og la fram et ønske om å samarbeide.

– Kolleger ved GEOMAR kontaktet meg og spurte om det ville være mulig å bruke de CT-baserte tilnærmingene utviklet av meg selv og kollegene på porer i stedet for partikler for å begrense det hittil dårlig kvantifiserte omfanget av tidligere vulkanutbrudd. Vi begynte å samarbeide i fjor og svaret på spørsmålet hans viste seg å være et rungende ja. Fruktene av dette arbeidet er nå publisert i Nature Communications, sier van der Bilt.

Studien ble ledet av Dr. Jens Karstens fra GEOMAR.

– Jens er ekspert på tolkning av seismiske data og har tidligere brukt slik informasjon til å beregne volumet av vulkanutbrudd. I studien som vi utførte sammen, var han ivrig etter å få fram et uavhengig estimat basert på geologisk informasjon, nemlig vulkanske avsetninger i sedimentkjerner. Dette var hovedfokuset for arbeidet som ble utført med CT-skanneren ved UiB GEO, som ble ledet av meg, sier van der Bilt.

Historiens mest berømte vulkankatastrofe

I studien valgte Karstens og van der Bilt å undersøke en av de mest kjente vulkanske katastrofene i menneskehetens historie.

Vi ønsker å nå alle som er interesserte i vulkanske farer – fra historikere til økonomer til geologer.

– Vi brukte vår nye CT-baserte tilnærming til å beregne størrelsen på det minoiske utbruddet. Dette vulkanutbruddet ødela Santorini-øya, skapte en tsunami som oversvømte bosetninger langs kysten i hele det østlige Middelhavet, og gav opphav til myten om Atlantis, sier van der Bilt.

Han håper funnene deres vil nå et bredt publikum.

– Nature Communications er et høyt ansett tidsskrift med lesere som tilhører en rekke ulike disipliner. Vi har derfor en god sjanse til å nå ut til et så stort publikum som mulig slik at studien vår får større innvirkning. Vi ønsker å nå alle som er interesserte i vulkanske farer – fra historikere til økonomer til geologer. Alle disse disiplinene spiller viktige roller i å verne om samfunnet.

Kan redefinere måten vulkansk fare vurderes

– Dette har vært et samarbeid mellom en stor gruppe mennesker som har tilnærmet seg det samme problemet fra forskjellige vinkler med en rekke metoder. Studien hadde ikke vært mulig uten bidragene fra Earthlab-ingeniør Jan Magne Cederstrøm som utførte alle skanningene, vår tidligere Erasmus-praktikant, Bolkar Kiliç, og alle andre involverte, sier van der Bilt.

Han kommer ikke til å fokusere utelukkende på berømte vulkankatastrofer i sin videre forskning.

– Det er mange flere katastrofale utbrudd fra fortiden som kan begrenses bedre ved å bruke vår CT-baserte tilnærming. Jeg ser frem til å gjøre det fremover, og jeg håper dette arbeidet vil redefinere hvordan vulkanfare vurderes, sier han.