Лавовые купола образуются при извержении высоковязкой магмы. В зависимости от скорости потока и реологии магмы можно выделить несколько типов морфологических форм лавовых куполов: обелиски, лавовые выжимки, эндогенные. Вязкость магмы нелинейным образом зависит от объемной доли кристаллов и температуры. В работе «Методика оценки вязкости магмы по морфологии лавового купола», опубликованной в Journal of Volcanology and Seismology (Q2; JIF: 0.543), представлен новый подход к оценке вязкости магмы, основанный на сравнении наблюдаемой и смоделированных морфологических форм куполов. Исследование выполнено сотрудниками ИТПЗ РАН, ИММ УрРАН и МГУ им. М.В. Ломоносова при поддержке Российского научного фонда (проект № 19-17-00027).
Рассматривается двумерная модель эволюции лавового купола в предположении, что вязкость лавы зависит только от объемной доли кристаллов. Кристаллизация связана с ростом температуры ликвидуса при потере магмой летучих и определяется характерным временем роста кристаллов (ВРК) и расходом лавы. Для различных ВРК и размеров жерла вулкана лавовые купола моделируются с использованием метода конечных объемов. Для выбранного промежутка времени создается набор морфологических форм куполов (форм границы раздела между лавовым куполом и воздухом). Вычисленные таким образом формы лавовых куполов сравниваются с «наблюдаемой» формой лавового купола, полученной применением случайной модификации одной из рассчитанных форм.
Для определения вязкости магмы отклонение между наблюдаемой формой купола и смоделированными формами оценивается с помощью функционалов на основе симметричной разности, пикового отношения сигнала к шуму и измерения индекса структурного сходства. Эти функционалы часто используются в компьютерном зрении и теории обработки изображений. Хотя каждый функционал позволяет определить минимальную разницу между смоделированными и наблюдаемыми формами купола, функционал на основе измерения индекса структурного сходства выполняет эту оценку лучше. По найденной таким образом смоделированной форме лавового купола можно оценить параметры реологической модели.
Источник: Starodubtseva Y.V., Starodubtsev I.S., Ismail-Zadeh A.T. et al. A Method for Magma Viscosity Assessment by Lava Dome Morphology // J. Volcanolog. Seismol. 2021. V. 15. P. 159–168. DOI: 10.1134/S0742046321030064 (статья находится в открытом доступе – Open Access).