Image default
Aarde Geologie telex

VUB-onderzoeker gebruikt siroop om ondergrondse magmastromen te simuleren

Frans Steenhoudt

Om zijn doctoraatsonderzoek over vulkaanuitbarstingen empirisch te onderbouwen, moest VUB-onderzoeker en vulkanoloog Sam Poppe al zijn creativiteit aanwenden. Poppe bestudeerde niet alleen uitgedoofde vulkanen in Oslo en actieve op La Réunion, maar simuleerde de ondergrondse magmaverplaatsingen in zijn labo met siroop. Om de bewegingen van die siroop in beeld te brengen, liet hij CT-scans maken van zijn schaalmodellen.

Concreet vulde hij dozen uit plexiglas met een mengsel van plaaster en zand en bracht hij onderaan een buisje aan, waar hij naderhand een vloeistof doorstuurde. De manier waarop de vloeistof door het mengsel stroomde en zich een weg naar boven baande, werd in 3-D in beeld gebracht met medische scantechnieken in het UZ Brussel.

“Bij de experimenten was alles geschaald”, zegt Poppe. “Het zand- en plaastermengsel kon harder of zachter worden gemaakt door bijmenging van meer of minder plaaster. En elke centimeter in de dozen kwam overeen met afstanden in de realiteit van vijfhonderd meter tot twee kilometer, al naargelang de schaal waarop ik werkte. Daarna injecteerde ik een vloeistof, die qua viscositeit vergelijkbaar is met vloeibaar magma, maar ook op schaal. Daarvoor bleek siroop de beste oplossing. Ook de druk waarmee de vloeistof in het zand-plaastermengsel werd geïnjecteerd, was geschaald. Op die manier kon ik een evenwicht tussen alle fysieke parameters nabootsen, zoals dat ook in de natuur speelt.”

De manier waarop de siroop zich door het mengsel bewoog, bleek toch complexer dan in de bestaande computermodellen van magmabewegingen en oppervlaktevervormingen bij echte vulkanen wordt vooropgesteld. “De meeste modellen gaan uit van een elastische vervorming van de aardkorst door de voortbeweging van het magma”, verklaart Poppe het verschil. “Dat komt omdat de makers van die modellen enkel het aardoppervlak hebben om hun modellen op te baseren en ze werken met satellietbeelden, die de vervorming in kaart brengen. Het magma beweegt onder dat oppervlak en we hebben het er raden naar hoe die bewegingen precies in elkaar zitten. In mijn schaalmodellen was eerder sprake van breuken en spleten, die dan vervolgens door de siroop werden opgevuld. De vervormingen door het migreren van magma zijn daarmee veel complexer dan tot nu werd aangenomen.”

Het enige dat Poppe niet kon schalen, was het fenomeen tijd. Zijn experimenten duurden gemiddeld tussen tien minuten en een uur, terwijl in de realiteit weken tot tientallen jaren verlopen vooraleer magma in een vulkaan naar boven komt, soms met een uitbarsting als gevolg. Maar die factor tijd is vermoedelijk minder relevant in zijn experimenten.

Door al zijn proefopstellingen en het verloop van de vloeistofverplaatsingen tot in detail in beeld te brengen met CT-scans, denkt Poppe nu een extra laag toe te kunnen voegen aan de bestaande computermodellen. Eerst toetste hij zijn bevindingen af aan satellietbeelden van drie uitbarstingen uit 2018 van de actieve Piton de la Fournaise vulkaan op La Réunion. Met dat onderzoek, aangevuld met zijn laboratoriumtesten, trekt Poppe binnenkort naar Penn State University in de VS waar hij tijdens een Fulbright-B.A.E.F. postdoc de computermodellen die vulkaanuitbarstingen voorspellen, hoopt te verfijnen.

Poppe is als vulkanoloog niet aan zijn proefstuk toe. Voor zijn masterproef deed hij onderzoek aan de krater van de Karthalavulkaan op de Comoren. Na zijn studie geologie engageerde hij zich voor veldwerk op vulkanen in de Democratische Republiek Congo en in Rwanda in opdracht van VUB-professor Matthieu Kervyn. In 2014 startte Poppe zijn eigen onderzoek, gefinancierd door FWO – Vlaanderen. Hiervoor bestudeerde hij duq hoe magma zich verplaatst. Het zijn immers de ondergrondse verplaatsingen van magma die de aardkorst vervormen, aardbevingen veroorzaken en uiteindelijk leiden tot een eruptie.

De schaalmodellen van VUB-vulkanoloog Sam Poppe worden gescand in het UZ in Brussel (Foto Sam Poppe)

“Magma legt ondergronds een hele weg af”, besluit Poppe. “Via satellietbeelden zien we wel waar magma de aardkorst vervormt, maar eigenlijk weten we te weinig over hoe magma zich voortbeweegt vóór het aan het aardoppervlak uitbreekt. Als je die info hebt, kan je beter gaan inschatten hoe dicht magma onder de aardkorst zit en wanneer je een uitbarsting mag verwachten. Een tiende van de bevolking woont dicht bij een vulkaan, vaak in grootsteden. Ook heel wat kritische infrastructuur, zoals ziekenhuizen en elektriciteitscentrales, ligt op ongelukkige plekken. Als we uitbarstingen nog beter kunnen voorspellen, kunnen we heel wat rampen misschien vermijden.”

Het doctoraat van Poppe verscheen onder de titel Magma-intrusie en gerelateerde vervorming van de ondiepe aardkorst in de natuur en analoge experimenten, en werd begeleid door de promotoren Prof. Dr. Matthieu Kervyn (VUB) en Prof. Dr. Eoghan Holohan (UCD University College of Dublin, Ierland)

Print Friendly, PDF & Email

Onbewust denken heel veel mensen dat wiskunde voor mannen is en talen voor vrouwen…

Christian Du Brulle

Belgische paleontologen ontdekken een nieuwe familie van hoefdieren die 54 miljoen jaar geleden in India leefde

frans

Eutopia moet Europese universiteiten beter leren samenwerken

frans