La forma dei vulcani e dei loro crateri fornisce informazioni critiche sulla loro formazione e sulla loro storia eruttiva. Le tecniche applicate alle fotografie, la fotogrammetria, mostrano promesse e utilità nel correlare il cambiamento di forma allo sfondo vulcanico e all'attività eruttiva.

I cambiamenti nella forma del vulcano (morfologia) che si verificano con le principali eruzioni sono quantificabili, ma attività vulcanica di fondo, manifestandosi come esplosioni di piccoli volumi e crollo della parete del cratere, possono anche causare cambiamenti nella morfologia e non sono ben quantificati.

Un team di ricercatori della Penn State ha studiato il vulcano Telica, un vulcano persistentemente attivo nel Nicaragua occidentale, per osservare e quantificare il cambiamento intracratere su piccola scala associato all'attività eruttiva e di fondo. I geologi considerano Telica "persistentemente" attiva a causa dei suoi alti livelli di sismicità e degassamento vulcanico, ed erutta in periodi di tempo inferiori a 10 anni.

Il team ha utilizzato osservazioni dirette del cratere, osservazioni fotografiche dal 1994 al 2017 e tecniche fotogrammetriche su foto raccolte tra il 2011 e il 2017 per analizzare i cambiamenti a Telica nel contesto della formazione dei crateri sommitali e dei processi eruttivi. Hanno usato la struttura dal movimento (SfM), una tecnica fotogrammetrica, per costruire modelli 3D da immagini 2D. Hanno anche usato la differenziazione delle nuvole di punti, un metodo utilizzato per misurare il cambiamento tra i periodi di campionamento fotografico, per confrontare i modelli 3D, fornendo una misura quantitativa del cambiamento nella morfologia del cratere. Hanno riportato i loro risultati in Geochimica, Geofisica, geosistemi .

"Le foto del cratere sono state scattate come parte di uno studio multidisciplinare per indagare sull'attività persistente di Telica, " disse Cassie Hanagan, autore principale dello studio. "Le immagini sono state raccolte dai nostri collaboratori per fare osservazioni delle caratteristiche del cratere come la posizione e il numero di fumarole o regioni di degassamento vulcanico nel cratere. Per periodi di tempo che avevano abbastanza foto, SfM è stato utilizzato per creare modelli 3D del cratere. Potremmo quindi confrontare i modelli 3D tra periodi di tempo per quantificare il cambiamento".

L'utilizzo dei modelli 3D derivati ​​da SfM e la differenziazione della nuvola di punti ha permesso al team di quantificare come il cratere è cambiato nel tempo.

"Potevamo vedere i cambiamenti guardando visivamente le foto, ma impiegando SfM, abbiamo potuto quantificare quanto cambiamento era avvenuto a Telica, " disse Pietro La Femina, professore associato di geoscienze presso il Dipartimento di geoscienze della Penn State. "Questo è uno dei primi studi a esaminare i cambiamenti nella morfologia dei crateri associati allo sfondo e all'attività eruttiva in un arco di tempo relativamente lungo, quasi un periodo di 10 anni".

I cambiamenti morfologici di Telica sono stati quindi confrontati con i tempi dell'attività eruttiva per studiare i processi che portano alla formazione e all'eruzione dei crateri.

I vulcani eruttano quando la pressione supera il punto di rottura. A Telica, sono stati ipotizzati due meccanismi per innescare le eruzioni. Si tratta di una diffusa mineralizzazione all'interno del sistema idrotermale sotterraneo che sigilla il sistema e del blocco superficiale della bocca da frane e caduta di rocce dalle pareti del cratere. Entrambi i meccanismi potrebbero portare ad aumenti di pressione e quindi ad eruzione, secondo i ricercatori.

"Una domanda era se coprire o meno le prese d'aria sul fondo del cratere potesse causare un accumulo di pressione, e se ciò provocherebbe un rilascio esplosivo di questa pressione se lo sfiato fosse sufficientemente sigillato, " ha detto Hanagan.

Il confronto tra i risultati delle differenze tra le nuvole di punti e le osservazioni fotografiche ha indicato che il riempimento dello sfiato per deperimento di massa dalle pareti del cratere non era probabilmente un meccanismo primario per sigillare il sistema vulcanico prima dell'eruzione.

"Abbiamo scoperto che il materiale dalle pareti del cratere cade sul fondo del cratere, riempiendo la bocca eruttiva, " disse La Femina. "Ma allo stesso tempo, vediamo ancora fumarole attive, che sono sfiati nelle pareti del cratere dove vengono emessi gas e vapore ad alta temperatura. Le fumarole sono rimaste attive anche se l'astragalo dalle pareti del cratere ha coperto le bocche. Ciò suggerisce che almeno il sistema magma-idrotermale più profondo non è direttamente sigillato dalle frane".

I ricercatori notano inoltre che il collasso del materiale della parete del cratere è correlato spazialmente al punto in cui si concentra il degasaggio, e che piccole eruzioni espellono questo materiale caduto dal fondo del cratere. Suggeriscono che questi cambiamenti sostengano una forma del cratere simile ad altri crateri sommitali formatisi dal collasso in una camera magmatica evacuata.

"Quello che abbiamo scoperto è che durante le esplosioni, Telica sta buttando via molto materiale proveniente dalle pareti del cratere, " disse La Femina. "In assenza di eruzioni magmatiche, il cratere si sta formando attraverso questo processo di fondo di crollo della parete del cratere, e le regioni di attività fumarolica collassano preferenzialmente."