Come molti che sono cresciuti nella Germania dell'Est, Il Dr. Gert Lube ha sempre desiderato viaggiare ed esplorare luoghi diversi. Dieci anni dopo la caduta del muro di Berlino, quando era uno studente di geologia del primo anno all'Università di Greifswald, ha sentito parlare di una gita in Islanda e ha colto l'occasione.

Nonostante il viaggio fosse aperto solo agli studenti del secondo e terzo anno, Il dottor Lube è riuscito a convincersi a seguirlo. Era un viaggio che avrebbe cambiato per sempre il corso della sua vita e avrebbe acceso il suo interesse per la vulcanologia.

"Sono cresciuto in un paese con confini chiusi e quindi ho colto ogni opportunità che mi si presentava per andare all'estero e vedere paesaggi che non avevo mai visto prima. Ho visto il mio primo vulcano in questa gita, ed ero piuttosto sbalordito da quanto un paesaggio vulcanico fosse diverso da qualsiasi cosa avessi sperimentato fino a quel momento.

"In questa fase sapevo molto poco dei vulcani, ma quella gita in Islanda è stata un po' un inizio. Quando sono tornato, Ho chiesto al mio professore se potevo fare un progetto di ricerca nella zona e ho cercato persone che mi potessero dire di più sui vulcani, " dice la dottoressa Lube.

La sua ricerca di maggiori conoscenze ha portato a diverse borse di studio nel Regno Unito presso l'Università di Bristol e l'Università di Cambridge, tra cui un periodo come vulcanologo presso l'Osservatorio del vulcano Montserrat nelle Indie occidentali, prima di completare il suo dottorato di ricerca. presso l'Università di Kiel, nello stato tedesco settentrionale dello Schleswig-Holstein.

Poco più di due decenni dopo e il Dr. Lube è ora Professore Associato di Vulcanologia Fisica presso la Massey University, dove dirige il gruppo di ricerca di Vulcanologia Fisica e Meccanica dei Fluidi Ambientali. Gli interessi di ricerca del Dr. Lube includono il vulcanismo esplosivo, fisica e sedimentologia dei flussi granulari-fluido naturali, stratigrafia vulcanica e scienze dei pericoli naturali.

Onde letali in rapido movimento di caldo, gas tossici e ceneri

A Massey, Il Dr. Lube dirige anche il simulatore di eruzione su larga scala, la struttura per esperimenti su larga scala dell'eruzione piroclastica del flusso - PELE in breve - ospitata nella vecchia sala caldaie del campus di Manawatū.

I flussi piroclastici, noti anche come correnti di densità piroclastiche (PDC), sono valanghe in rapido movimento di gas tossici e ceneri, che possono raggiungere temperature di 700°C e distruggere tutto ciò che incontrano durante le eruzioni vulcaniche. Furono i flussi piroclastici a distruggere la città romana di Pompei nel 79 d.C.

All'inizio di quest'anno, Il Dr. Lube ha pubblicato un articolo sulla prestigiosa rivista peer-review Recensioni sulla natura Terra e ambiente , essendo stato invitato a presentare l'articolo. La carta, Comportamento del flusso multifase e previsione dei pericoli delle correnti di densità piroclastiche, co-scritto dal Dr. Lube e dai suoi colleghi dell'Università dell'Oregon (USA), l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Italia e la Boise State University (U.S.) considerano come la nostra comprensione delle correnti di densità piroclastiche sia avanzata nell'ultimo decennio.

La natura letale delle correnti di densità piroclastiche rende prioritario lo sviluppo di modelli di rischio robusti. Però, nel documento il Dr. Lube delinea come la complessità delle interazioni gas-particelle all'interno dei PDC, così come la loro natura ostile, effettua misurazioni quantitative delle proprietà del flusso interno, e la validazione dei modelli di pericolosità, stimolante.

Nell'ultimo decennio, importanti progressi da esperimenti su larga scala, osservazioni sul campo e modelli computazionali e teorici hanno fornito nuove informazioni sull'enigmatica struttura interna dei PDC e hanno identificato i processi chiave alla base del loro movimento fluido.

La revisione lungimirante delinea anche i futuri percorsi di ricerca e le sfide su come utilizzare i recenti progressi nella comprensione per sviluppare solidi modelli di rischio che possono essere utilizzati con sicurezza per la sicurezza pubblica.

Sviluppo di modelli di rischio robusti

È proprio questo bisogno di sicurezza pubblica, previsione e mitigazione dei rischi che guidano la ricerca del Dr. Lube. Combina il suo lavoro sul campo con l'attività vulcanica prima e dopo le eruzioni per quantificare ciò che sta accadendo nell'aria e quindi utilizzando metodi computazionali e sperimentali per sintetizzare i processi vulcanici per comprenderli meglio e sviluppare modelli di rischio.

"In vulcanologia l'area che mi piace di più è il processo che coinvolge qualsiasi tipo di materiale fluente. Si tratta per lo più di processi molto esplosivi come le valanghe vulcaniche che scendono dalle montagne o i pennacchi vulcanici che scendono dalle bocche vulcaniche a una velocità di diverse centinaia di metri al secondo e poi fai delle cose folli nell'atmosfera, mentre interagiscono con il paesaggio e le infrastrutture.

"Cercare di comprendere questi processi complessi e caotici in modo da poterli prevedere è qualcosa che mi spinge davvero perché è lì che vedo l'opportunità di fare qualcosa di utile con la nostra scienza".

La sua ricerca prevede la collaborazione con numerose parti interessate di lunga data, tra cui il Ministero della Protezione Civile e la Gestione delle Emergenze, il Dipartimento di Conservazione, l'esercito, e Polizia, sui piani e sulle procedure di evacuazione subito dopo le eruzioni dei vulcani dell'altopiano centrale della Nuova Zelanda.

"Correnti di densità piroclastica si verificano su tutti i vulcani della Nuova Zelanda, causano più di un terzo di tutte le vittime vulcaniche, mettono direttamente in pericolo più di 500 milioni di persone a livello globale, che li rende i fenomeni vulcanici più pericolosi conosciuti, " dice la dottoressa Lube.

Risveglio dei vulcani

L'ultima grande eruzione del monte Taranaki, uno dei vulcani ad alto rischio della Nuova Zelanda si è verificato intorno al 1854, e mentre può essere dormiente ora, La dottoressa Lube dice che non è una questione di se esploderà, ma quando.

"Taranaki è uno dei vulcani più attivi che abbiamo in Nuova Zelanda su scale temporali geologiche e il suo fratello gemello in Indonesia, Monte Merapi, è il vulcano più pericoloso del mondo. Ecco perché alcune delle mie ricerche si concentrano in Indonesia per capire non come funziona il vulcano Merapi di per sé, ma come possiamo tradurre questa conoscenza nella previsione di cosa accadrà sicuramente molto probabilmente nella nostra generazione. Anche se Taranaki è dormiente ora, c'è un'alta probabilità che si risvegli e abbia fasi di eruzione che dureranno decenni nella nostra vita".

L'Indonesia è la nazione con il maggior numero di vulcani attivi - oltre 120 vulcani attivi e circa cinque milioni di persone all'interno delle zone di pericolo - ma la sua vulnerabilità ai rischi naturali non finisce qui, says Dr. Lube. It is also prone to earthquakes, inondazioni, and tsunamis.

"It's very sad how people get struck by natural disasters again and again, and they lose everything and then they very bravely rebuild their lives again. Over my decade of work in Indonesia I have become good friends not only with the researchers there but also the locals. It is very different to New Zealand where we are relatively safe; even if we have natural hazards, we can deal with these much better than in a third-world country like Indonesia."

One-of-a-kind eruption simulator

Nell'ultimo decennio, Dr. Lube and Massey colleagues have been at the forefront of the development of new volcanic hazards models. At the PELE, the large-scale eruption simulator facility, the researchers synthesize the natural behavior of volcanic super-hazards and generate these flows as they occur in nature, ma su scala minore.

The team has made important discoveries of the complex processes behind the motion and the internal structure of the hot currents

The limited knowledge on volcanoes and the difficulties in developing mathematical models prompted Dr. Lube to build Massey's one-of-a-kind eruption simulator. "The problem with volcanoes is that they are extremely violent and so wild that we know in fact very little about them. We know very little about how they operate inside and that makes it extremely difficult to develop mathematical and physical models to inform decision-makers and forecast what kind of damage they can do, and how they interact with natural topography, with buildings and infrastructure."

The simulator scales down all the physical properties of a large event so they can be safely observed and measured. It is composed of a 13-meter high tower, where volcanic material is heated inside a hopper and released down a 12-meter channel, while high-speed cameras and sensors capture the data. The experimental eruptions typically only last 10 to 20 seconds but take about one month to prepare.

"The pyroclastic flow simulator is unique in the world and is the only place where we can synthesize conditions just as they would occur in a volcanic eruption. It's been very cool for volcanology in New Zealand and globally and has led to international experts visiting us in Manawatū and wanting to collaborate and do research with us."

Kiwi ingenuity

Perhaps the most surprising thing about the simulator was how relatively easy it was to get it built with the help of local engineers and some Marsden funding. "I've been quite lucky in that I got to know some local engineers at the time, who were excited enough about this project to help in designing, building and testing a facility at a scale for which there was no previous blueprint and scientific experience out there. Negli anni, we continued to work with the same engineers to advance our measurement capabilities and to add scenarios for a large number of volcanoes and hazard scenarios, " Dr. Lube says.

Dal 2019, Dr. Lube and his team lead an international initiative to intercompare and advance current volcanic flow hazard models. In a just started Marsden-funded project "Turbulent volcanic killers—how volcanic eruptions become ferocious, " the volcanologists plan to investigate the physical processes behind the destructiveness of pyroclastic flows.

As part of the Marsden research, the team will investigate the exact processes that occurred on Whakaari / White Island last year. When the island erupted in December 2019 the tragic death of 21 people and major injuries of 26 people visiting the island was caused by the pyroclastic density currents.

Whakaari / White Island

Così, does Dr. Lube think the eruption on White Island could have been foreseen? Although the volcanologists at earth-science research and monitoring body GNS Science had seen an increase in volcanic activity in the months preceding its massive eruption, Dr. Lube says with current knowledge the timing of the eruption on 9 December 2019 could have not been predicted with any certainty.

He points out that White Island had been and continuous to be in a very active state with several outbreaks in the past decade, the last of which in 2016 was very similar to the one in 2019—the main difference being the lack of tourists on the island at the time.

Piuttosto, lui dice, the big question is whether people should be allowed to be anywhere near the vent sides of a volcano [the opening through which lava and gasses erupt]. "Secondo me, definitely not and I see a lot of change in legislation as a result of this disaster."

Dr. Lube says White Island was unusual in that the pyroclastic was slow and low in energy:"Despite this, the pyroclastic density current was the only killer which just goes to prove how extremely lethal these phenomena are and it drives me more to try and understand how they work."

Our scientific understanding of how volcanoes work is changing, in part fuelled by numerous collaborations by experts in the field and a desire to help prepare for future eruptions and save lives.

Far from being a narrow field, Dr. Lube explains, the study of volcanology is broad and involves mathematics, fisica, chemistry and computational science. "You can't be an expert in all these fields and working with these experts who come to Massey is really important."

"It is very collegial, and we have to work as a large global research community because these volcanic hazards are real hazards and many of us, especially those working in New Zealand have to inform decision-makers of what to do in certain situations. It is important for public safety."