Comme beaucoup de ceux qui ont grandi en Allemagne de l'Est, Le Dr Gert Lube a toujours rêvé de voyager et d'explorer différents endroits. Dix ans après la chute du mur de Berlin, lorsqu'il était étudiant en première année de géologie à l'université de Greifswald, il a entendu parler d'un voyage sur le terrain en Islande et a saisi l'occasion.

Nonobstant le fait que le voyage n'était ouvert qu'aux étudiants de deuxième et troisième années, Le Dr Lube a réussi à se frayer un chemin jusqu'à ce qu'il suive. C'était un voyage qui allait changer le cours de sa vie pour toujours et susciter son intérêt pour la volcanologie.

"J'ai grandi dans un pays aux frontières fermées et j'ai donc saisi toutes les opportunités qui se présentaient à moi pour partir à l'étranger et voir des paysages que je n'avais jamais vus auparavant. J'ai vu mon premier volcan lors de cette excursion sur le terrain, et j'ai été assez étonné de voir à quel point un paysage volcanique était différent de tout ce que j'avais connu jusque-là.

"Je connaissais extrêmement peu les volcans à ce stade, mais cette excursion en Islande était un peu un début. Quand je suis revenu, J'ai demandé à mon professeur si je pouvais faire un projet de recherche dans la région et j'ai cherché des personnes qui pourraient m'en dire plus sur les volcans, " dit le Dr Lube.

Sa quête de plus de connaissances a conduit à plusieurs bourses au Royaume-Uni à l'Université de Bristol et à l'Université de Cambridge, y compris un passage en tant que volcanologue à l'Observatoire du volcan de Montserrat dans les Antilles, avant de terminer son doctorat. à l'Université de Kiel dans le Land du Schleswig-Holstein, dans le nord de l'Allemagne.

Un peu plus de deux décennies plus tard, le Dr Lube est maintenant professeur agrégé en volcanologie physique à l'Université Massey, où il dirige le groupe de recherche en volcanologie physique et en mécanique des fluides de l'environnement. Les intérêts de recherche du Dr Lube comprennent le volcanisme explosif, physique et sédimentologie des écoulements naturels de fluides granulaires, stratigraphie volcanique et science des risques naturels.

Vagues mortelles rapides de chaud, gaz toxiques et cendres

A Massey, Le Dr Lube dirige également le simulateur d'éruption à grande échelle, l'installation d'expérimentation à grande échelle sur les éruptions de coulées pyroclastiques - PELE en abrégé - hébergée dans l'ancienne chaufferie du campus de Manawatū.

Les écoulements pyroclastiques - également connus sous le nom de courants de densité pyroclastiques (PDC) - sont des avalanches de gaz toxiques et cendres, qui peuvent atteindre des températures de 700C et détruire tout sur leur passage lors des éruptions volcaniques. Ce sont des coulées pyroclastiques qui ont détruit la ville romaine de Pompéi en 79 après JC.

Plus tôt cette année, Le Dr Lube a publié un article dans la prestigieuse revue à comité de lecture Avis sur la nature Terre et environnement , ayant été invité à résumer l'article. Le papier, Comportement des écoulements polyphasiques et prédiction de l'aléa des courants de densité pyroclastiques, co-écrit par le Dr Lube et ses collègues de l'Université de l'Oregon (États-Unis), l'Institut national de géophysique et de volcanologie en Italie et l'Université d'État de Boise (États-Unis) examinent comment notre compréhension des courants de densité pyroclastiques a progressé au cours de la dernière décennie.

La nature létale des courants de densité pyroclastiques fait du développement de modèles d'aléas robustes une priorité. Cependant, dans l'article, le Dr Lube décrit comment la complexité des interactions gaz-particules à l'intérieur des PDC, ainsi que leur nature hostile, effectue des mesures quantitatives des propriétés d'écoulement interne, et la validation des modèles d'aléas, difficile.

Au cours de la dernière décennie, les avancées majeures des expérimentations à grande échelle, les observations sur le terrain et les modèles informatiques et théoriques ont fourni de nouvelles informations sur la structure interne énigmatique des PDC et ont identifié les processus clés derrière leur mouvement fluide.

L'examen prospectif décrit également les voies de recherche futures et les défis sur la façon dont les progrès récents de la compréhension doivent être utilisés pour développer des modèles de danger robustes qui peuvent être déployés en toute confiance pour la sécurité publique.

Développer des modèles de risque robustes

C'est ce besoin même de sécurité publique, la prévision et l'atténuation des risques qui guident les recherches du Dr Lube. Il combine son travail sur le terrain avec l'activité volcanique avant et après les éruptions pour quantifier ce qui se passe dans l'air, puis en utilisant des méthodes informatiques et expérimentales pour synthétiser les processus volcaniques afin de mieux les comprendre et de développer des modèles de risques.

"En volcanologie, le domaine que j'aime le plus est le processus qui implique tout type de matériau en écoulement. Ce sont principalement des processus très explosifs tels que des avalanches volcaniques qui dévalent des montagnes ou des panaches volcaniques qui descendent de cheminées volcaniques à une vitesse de plusieurs centaines de mètres par seconde et puis faire des choses folles dans l'atmosphère, tout en interagissant avec le paysage et les infrastructures.

"Essayer de comprendre ces processus complexes et chaotiques de manière à pouvoir les prévoir est quelque chose qui me motive vraiment, car c'est là que je vois l'opportunité de faire quelque chose d'utile avec notre science."

Ses recherches impliquent de travailler avec de nombreuses parties prenantes de longue date, notamment le ministère de la Défense civile et de la Gestion des urgences, le ministère de la Conservation, l'armée, et policiers, sur les plans et procédures d'évacuation juste après les éruptions des volcans du plateau central de la Nouvelle-Zélande.

"Des courants de densité pyroclastique se produisent sur tous les volcans de Nouvelle-Zélande, ils causent plus d'un tiers de tous les décès volcaniques, ils mettent directement en danger plus de 500 millions de personnes dans le monde, ce qui en fait les phénomènes volcaniques les plus dangereux connus, " dit le Dr Lube.

Réveil des volcans

La dernière éruption majeure du mont Taranaki, l'un des volcans à haut risque de Nouvelle-Zélande s'est produit vers 1854, et bien qu'il puisse être en sommeil maintenant, Le Dr Lube dit qu'il ne s'agit pas de savoir s'il va éclater, mais quand.

"Taranaki est l'un des volcans les plus actifs que nous ayons en Nouvelle-Zélande aux échelles de temps géologiques et son frère jumeau en Indonésie, Mont Merapi, est le volcan le plus dangereux au monde. C'est pourquoi certaines de mes recherches sont centrées en Indonésie pour ne pas comprendre comment le volcan Merapi fonctionne en soi, mais comment pouvons-nous traduire cette connaissance en prédisant ce qui se passera certainement le plus probablement dans notre génération. Même si Taranaki est en sommeil maintenant, il y a de très fortes chances qu'il se réveille et ait des phases d'éruption qui dureront des décennies au cours de notre vie."

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, inondations, 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

Durant la dernière décennie, 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, but on a smaller scale.

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. Au cours des années, 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.

Since 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

Donc, 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.

Plutôt, il dit, 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]. "À mon avis, 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, la physique, 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."