CN-SEO

Lava yang mengubur seluruh lingkungan selama letusan Kīlauea tahun 2018 terdiri dari hampir 80% gelembung gas di dekat sumbernya. Sebuah studi baru-baru ini menunjukkan bahwa gelembung memainkan peran penting dalam mengontrol seberapa cepat dan seberapa jauh lava bergerak, dan model aliran lava perlu memperhitungkan gelembung tersebut agar dapat memprediksi dengan lebih akurat di mana lava akan berhenti.

Salah satu peristiwa gunung berapi paling merusak di Hawaii dalam dua abad, letusannya berlangsung dari Mei hingga September 2018, mencakup wilayah seluas 13,7 mil persegi (35,5 km persegi)—area yang lebih dari setengah luas Manhattan—dan menghancurkan lebih dari 700 bangunan. Sumber lava paling produktif adalah celah 8, yang dikenal sebagai Ahu'ailā'au, yang menghasilkan aliran deras seperti sungai yang mencapai pantai dalam lima hari.

Sebuah penelitian yang diterbitkan di Jurnal Penelitian Vulkanologi dan Panas Bumimenggunakan lebih dari 200 video drone, sampel lava, dan pemodelan numerik untuk melacak bagaimana aliran fisura 8 berubah dalam kecepatan, susunan internal, dan viskositas saat mengalir sejauh delapan mil (13 kilometer) ke laut. Dengan memperlakukan lava sebagai campuran batuan cair, gelembung gas, dan kristal, penelitian ini mengungkap bagaimana interaksi antara komponen-komponen tersebut membentuk perilaku aliran.

“Temuan ini menunjukkan bahwa kesalahan dalam dinamika gelembung dapat secara dramatis mengacaukan prediksi aliran,” kata rekan penulis Einat Levadalah seorang profesor peneliti di Lamont-Doherty Earth Observatory, yang merupakan bagian dari Columbia School of Climate. “Untuk membuat prediksi yang akurat, Anda memerlukan gambaran yang tepat tentang bagaimana lava berubah seiring pergerakannya.”

Membaca Aliran Lava

Prediksi aliran lahar menentukan lokasi zona bahaya dan cara masyarakat merespons letusan. “Jika ada aliran lahar menuju ke lingkungan Anda, Anda ingin tahu di mana aliran itu akan berhenti dan berapa banyak waktu yang Anda miliki,” kata Lev. “Dan jika Anda menentukan zona bahaya berdasarkan seberapa jauh lava akan mengalir dan Anda salah memperkirakan, Anda bisa memberikan asuransi yang kurang kepada seluruh masyarakat.”

Untuk mempelajari bagaimana aliran tersebut berkembang, para peneliti menganalisis video drone dari 21 lokasi di sepanjang saluran yang ditangkap selama letusan. Mereka menggunakan teknik yang disebut velocimetry gambar partikel, yang melacak pergerakan piksel di antara bingkai video, untuk mengekstrak pengukuran kecepatan permukaan dan kemudian menggabungkannya dengan geometri saluran dan data kemiringan untuk memperkirakan viskositas lava di setiap lokasi.

Mereka menemukan bahwa lava bergerak dengan kecepatan sekitar 36 kaki per detik di dekat ventilasi, dengan kekentalan yang mirip dengan oli motor kental. Hampir tujuh mil (11 kilometer) di hilir, kecepatan lava melambat hingga kurang dari dua kaki per detik, dan viskositasnya meningkat secara signifikan. Proses penebalan pada awalnya bertahap, kemudian semakin cepat seiring bertambahnya jarak.

Untuk memahami alasannya, tim menggunakan CT scan dan mikroskop untuk menganalisis sampel lava, mengukur perubahan kandungan gas dan kristal di berbagai titik di sepanjang aliran. Lava sangat berbusa di dekat lubang angin, dengan 79 hingga 88% volume gas. Saat lava bergerak dan gas keluar, kandungan gelembung berkurang antara 16% dan 26% pada jarak 7,7 mil (12,5 kilometer) dari lubang.

Perilaku gelembung—bukan hanya kehadirannya—membentuk aliran lava. Gelembung yang lebih besar berubah bentuk ketika alirannya cukup kuat untuk mengatasi tegangan permukaan, sehingga aliran lava menjadi lebih mudah. Ketika alirannya tidak cukup kuat, gelembung-gelembung tersebut mempertahankan bentuknya dan bertindak lebih seperti partikel padat, sehingga meningkatkan resistensi. Saat lava mendingin dan gelembung-gelembung besar pecah, hambatan aliran lava secara keseluruhan meningkat.

Kandungan kristal juga meningkat sepanjang aliran, dari sekitar 6% di lubang menjadi 18% pada jarak 12,5 kilometer. Lebih jauh ke hilir, pendinginan dan pertumbuhan kristal menjadi kontrol utama pergerakan lava, menandai transisi dari dinamika yang didominasi gelembung di dekat ventilasi.

Kecepatan aliran juga berubah seiring waktu karena proses yang terjadi 40 kilometer jauhnya di puncak Kīlauea. Keruntuhan yang terjadi hampir setiap hari—ketika bagian dari kawah puncak runtuh—mengirimkan tekanan melalui sistem pipa gunung berapi, memicu lonjakan aliran lava. Kecepatan aliran maksimum dalam 12 jam setelah keruntuhan adalah sekitar 80% lebih tinggi dibandingkan pada periode tenang. Jumlah lava yang bergerak melalui saluran mencapai puncaknya sekitar 3,5 jam setelah setiap peristiwa dan kemudian menurun selama 40 jam berikutnya.

Prediksi Aliran Lava yang Lebih Baik

Studi tersebut menguji model simulasi aliran lava yang disebut PyFLOWGO dan menemukan bahwa representasi gelembung sangat memengaruhi prediksinya. Ketika PyFLOWGO dijalankan dengan asumsi gelembung yang salah untuk aliran fisura 8, model memperkirakan aliran akan berhenti kurang dari 4 kilometer, padahal aliran sebenarnya menempuh jarak 13 kilometer. Saat dikonfigurasi dengan konten gelembung yang berkurang dan perilaku gelembung yang kaku, PyFLOWGO mereproduksi kecepatan dan panjang aliran yang diamati dengan lebih akurat.

Selain akurasi model, aksesibilitas dan kegunaan model juga penting. Lev dan rekan-rekannya semakin berkembang platform berbasis cloud untuk mengumpulkan alat pemodelan dan kumpulan data. Tujuan mereka adalah membuat simulasi jenis ini lebih mudah diakses oleh para peneliti dan pengelola bahaya selama letusan gunung berapi.

Studi ini ditulis bersama oleh Jasper Baur dan Janine Birnbaum dari Lamont-Doherty Earth Observatory; Brenna A. Halverson dan Alan Whittington dari Universitas Texas di San Antonio; Hannah R. Dietterich dari Observatorium Gunung Berapi Alaska Survei Geologi AS; dan Julia Hammer dari Universitas Hawaii di Mānoa.