Como muitos que cresceram na Alemanha Oriental, Dr. Gert Lube sempre desejou viajar e explorar lugares diferentes. Dez anos após a queda do Muro de Berlim, quando ele era um estudante de geologia do primeiro ano na Universidade de Greifswald, ele ouviu falar de uma viagem de campo à Islândia e aproveitou a oportunidade.

Apesar de a viagem estar aberta apenas para alunos do segundo e terceiro ano, O Dr. Lube conseguiu falar para acompanhá-lo. Foi uma jornada que mudaria o curso de sua vida para sempre e despertaria seu interesse pela vulcanologia.

“Fui criado em um país com fronteiras fechadas e, por isso, agarrei todas as oportunidades que surgiram para ir para o exterior e ver paisagens que não tinha visto antes. Vi meu primeiro vulcão nesta viagem de campo, e fiquei bastante surpreso ao ver como uma paisagem vulcânica era diferente de qualquer coisa que eu tivesse experimentado até então.

"Eu sabia muito pouco sobre vulcões nesta fase, mas aquela viagem de campo à Islândia foi um começo. Quando voltei, Perguntei ao meu professor se poderia fazer um projeto de pesquisa na área e procurei pessoas que pudessem me falar mais sobre vulcões, "Dr. Lube diz.

Sua busca por mais conhecimento o levou a várias bolsas no Reino Unido na University of Bristol e na University of Cambridge - incluindo uma passagem como vulcanologista no Montserrat Volcano Observatory nas Índias Ocidentais - antes de completar seu doutorado. na Universidade de Kiel, no estado de Schleswig-Holstein, no norte da Alemanha.

Pouco mais de duas décadas depois, o Dr. Lube é agora Professor Associado de Vulcanologia Física na Massey University, onde lidera o grupo de pesquisa de Vulcanologia Física e Mecânica de Fluidos Ambientais. Os interesses de pesquisa do Dr. Lube incluem vulcanismo explosivo, física e sedimentologia de fluxos de fluidos granulares naturais, estratigrafia de vulcões e ciência de riscos naturais.

Ondas letais e rápidas de calor, gases tóxicos e cinzas

Na Massey, Dr. Lube também dirige o simulador de erupção em grande escala, a instalação experimental de grande escala de erupção de fluxo piroclástico - PELE para abreviar - alojada na antiga casa de caldeira no campus de Manawatū.

Fluxos piroclásticos - também conhecidos como correntes de densidade piroclástica (PDCs) - são avalanches rápidos de calor, gases tóxicos e cinzas, que podem atingir temperaturas de 700C e destruir tudo em seu caminho durante as erupções vulcânicas. Foram os fluxos piroclásticos que destruíram a cidade romana de Pompéia em 79 DC.

No início deste ano, Dr. Lube publicou um artigo na prestigiosa revista de revisão por pares Nature Reviews Earth &Environment , tendo sido convidado a submeter o artigo. O papel, Comportamento do fluxo multifásico e previsão de risco de correntes de densidade piroclástica, co-escrito pelo Dr. Lube e seus colegas da Universidade de Oregon (EUA), o Instituto Nacional de Geofísica e Vulcanologia da Itália e a Boise State University (EUA) consideram como nossa compreensão das correntes de densidade piroclástica avançou na última década.

A natureza letal das correntes de densidade piroclástica torna o desenvolvimento de modelos de risco robustos uma prioridade. Contudo, no artigo, o Dr. Lube descreve como a complexidade das interações gás-partícula dentro de PDCs, bem como sua natureza hostil, faz medições quantitativas de propriedades de fluxo interno, e a validação de modelos de risco, desafiante.

Na última década, grandes avanços de experimentos em grande escala, observações de campo e modelos computacionais e teóricos forneceram novos insights sobre a enigmática estrutura interna dos PDCs e identificaram os principais processos por trás de seu movimento fluido.

A revisão prospectiva também descreve caminhos de pesquisa futuros e desafios sobre como o recente progresso na compreensão deve ser usado para desenvolver modelos de risco robustos que podem ser implantados com segurança para a segurança pública.

Desenvolvimento de modelos de risco robustos

É exatamente essa necessidade de segurança pública, previsão e mitigação de perigos que orienta a pesquisa do Dr. Lube. Ele combina seu trabalho de campo com atividade vulcânica pré e pós-erupções para quantificar o que está acontecendo no ar e, em seguida, usando métodos computacionais e experimentais para sintetizar processos vulcânicos para compreendê-los melhor e desenvolver modelos de risco.

"Em vulcanologia, a área de que mais gosto é o processo que envolve qualquer tipo de material que flui. Em sua maioria, são processos muito explosivos, como avalanches vulcânicas que descem montanhas ou plumas vulcânicas que descem de aberturas vulcânicas a uma taxa de várias centenas de metros por segundo e, em seguida, fazer algumas coisas malucas na atmosfera, enquanto eles interagem com a paisagem e a infraestrutura.

"Tentar entender esses processos complexos e caóticos de uma forma que você possa prevê-los é algo que realmente me motiva, porque é onde vejo a oportunidade de fazer algo útil com nossa ciência."

Sua pesquisa envolve o trabalho com várias partes interessadas de longa data, incluindo o Ministério da Defesa Civil e Gestão de Emergências, o Departamento de Conservação, o Exército, e Polícia, sobre os planos e procedimentos de evacuação logo após as erupções dos vulcões do planalto central da Nova Zelândia.

"Correntes de densidade piroclástica ocorrem em todos os vulcões da Nova Zelândia, eles causam mais de um terço de todas as fatalidades vulcânicas, eles colocam em perigo mais de 500 milhões de pessoas em todo o mundo, o que os torna os fenômenos vulcânicos mais perigosos conhecidos, "Dr. Lube diz.

Vulcões despertando

A última grande erupção do Monte Taranaki, um dos vulcões de alto risco da Nova Zelândia ocorreu por volta de 1854, e embora possa estar dormente agora, Dr. Lube diz que não é uma questão de explodir, mas quando.

"Taranaki é um dos vulcões mais ativos que temos na Nova Zelândia em escalas de tempo geológicas e seu irmão gêmeo na Indonésia, Monte Merapi, é o vulcão mais perigoso do mundo. É por isso que parte da minha pesquisa é centrada na Indonésia para não entender como o vulcão Merapi está operando per se, mas como podemos traduzir esse conhecimento em prever o que definitivamente acontecerá com mais probabilidade em nossa geração. Mesmo que Taranaki esteja dormente agora, há uma grande chance de que ele desperte e tenha fases de erupção que durarão décadas em nossa vida. "

Indonesia is the nation with the largest number of active volcanoes—over 120 active volcanoes and around five million people within the danger zones—but its vulnerability to natural hazards does not end there, says Dr. Lube. It is also prone to earthquakes, inundações, 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

Na última década, 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, mas em menor escala.

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. Ao longo dos anos, 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.

Desde 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

Então, 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.

Em vez, ele diz, 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]. "Na minha opinião, 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, física, 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."