De vorm van vulkanen en hun kraters bieden kritische informatie over hun vorming en uitbarstingsgeschiedenis. Technieken toegepast op foto's - fotogrammetrie - tonen belofte en bruikbaarheid bij het correleren van vormverandering met vulkanische achtergrond en uitbarstingsactiviteit.

Veranderingen in vulkaanvorm - morfologie - die optreden bij grote uitbarstingen zijn kwantificeerbaar, maar achtergrond vulkanische activiteit, manifesteert zich als explosies met een klein volume en het instorten van de kraterwand, kunnen ook veranderingen in de morfologie veroorzaken en zijn niet goed gekwantificeerd.

Een team van Penn State-onderzoekers bestudeerde Telica-vulkaan, een aanhoudend actieve vulkaan in het westen van Nicaragua, om zowel kleinschalige intra-kraterveranderingen in verband met achtergrond- en uitbarstingsactiviteit te observeren en te kwantificeren. Geologen beschouwen Telica als 'aanhoudend' actief vanwege de hoge mate van seismische activiteit en vulkanische ontgassing, en het barst uit in perioden van minder dan 10 jaar.

Het team gebruikte directe observaties van de krater, fotografische observaties van 1994 tot 2017 en fotogrammetrische technieken op foto's die tussen 2011 en 2017 zijn verzameld om veranderingen bij Telica te analyseren in de context van kratervorming op de top en uitbarstingsprocessen. Ze gebruikten structuur-van-beweging (SfM), een fotogrammetrische techniek, om 3D-modellen te construeren van 2D-beelden. Ze gebruikten ook puntenwolkdifferentiatie, een methode die wordt gebruikt om de verandering tussen fotobemonsteringsperioden te meten, om de 3D-modellen te vergelijken, het verschaffen van een kwantitatieve maatstaf voor verandering in kratermorfologie. Ze rapporteerden hun resultaten in Geochemie, Geofysica, Geosystemen .

"Foto's van de krater werden genomen als onderdeel van een multidisciplinair onderzoek om de aanhoudende activiteit van Telica te onderzoeken, " zei Cassie Hanagan, hoofdauteur van het onderzoek. "Er zijn afbeeldingen van onze medewerkers verzameld om de kenmerken van de krater te observeren, zoals de locatie en het aantal fumarolen of gebieden van vulkanische ontgassing in de krater. Voor perioden met genoeg foto's, SfM werd gebruikt om 3D-modellen van de krater te maken. We zouden dan de 3D-modellen tussen tijdsperioden kunnen vergelijken om verandering te kwantificeren."

Met behulp van de SfM-afgeleide 3D-modellen en puntenwolkdifferentiatie kon het team kwantificeren hoe de krater in de loop van de tijd veranderde.

"We konden de veranderingen zien door visueel naar de foto's te kijken, maar door SfM in dienst te nemen, we konden kwantificeren hoeveel verandering er was opgetreden bij Telica, " zei Peter La Femina, universitair hoofddocent geowetenschappen in Penn State's Department of Geosciences. "Dit is een van de eerste onderzoeken naar veranderingen in kratermorfologie geassocieerd met achtergrond en uitbarstingsactiviteit over een relatief lange tijdspanne, bijna een periode van 10 jaar."

De morfologische veranderingen van Telica werden vervolgens vergeleken met de timing van uitbarstingsactiviteit om de processen te onderzoeken die leiden tot kratervorming en uitbarsting.

Vulkanen barsten uit wanneer de druk boven een breekpunt stijgt. bij Telica, twee mechanismen voor het veroorzaken van uitbarstingen zijn verondersteld. Dit zijn wijdverbreide mineralisatie in het ondergrondse hydrothermale systeem dat het systeem afsluit en oppervlakkige blokkering van de ventilatieopening door aardverschuivingen en gesteente dat van de kraterwanden valt. Beide mechanismen kunnen leiden tot drukverhogingen en vervolgens tot uitbarsting, volgens de onderzoekers.

"Een vraag was of het afdekken van de ventilatieopeningen op de kraterbodem drukopbouw zou kunnen veroorzaken, en als dat een explosief vrijkomen van deze druk zou veroorzaken als de ontluchting voldoende was afgesloten, ' zei Hanagan.

Het vergelijken van de resultaten van het verschil in puntenwolk en de fotografische waarnemingen gaven aan dat de ventilatieopening door massale verspilling van de kraterwanden waarschijnlijk geen primair mechanisme was voor het afdichten van het vulkanische systeem voorafgaand aan de uitbarsting.

"We ontdekten dat materiaal van de kraterwanden op de kraterbodem valt, het vullen van de uitbarstingsopening, " zei La Femina. "Maar tegelijkertijd, we zien nog steeds actieve fumarolen, dat zijn ventilatieopeningen in de kraterwanden waar gassen en stoom met hoge temperatuur worden uitgestoten. De fumarolen bleven actief, hoewel de talus van de kraterwanden de ventilatieopeningen bedekte. Dit suggereert dat in ieder geval het diepere magma-hydrothermische systeem niet direct wordt afgesloten door aardverschuivingen."

De onderzoekers merken verder op dat het instorten van het materiaal van de kraterwand ruimtelijk gecorreleerd is met waar de ontgassing is geconcentreerd, en dat kleine uitbarstingen dit gevallen materiaal van de kraterbodem wegblazen. Ze suggereren dat deze veranderingen een kratervorm behouden die lijkt op andere topkraters die zijn gevormd door instorting in een geëvacueerde magmakamer.

"Wat we hebben gevonden is dat tijdens de explosies, Telica gooit veel van het materiaal weg dat van de kraterwanden kwam, " zei La Femina. "In de afwezigheid van magmatische uitbarstingen, de krater vormt zich door dit achtergrondproces van het instorten van de kraterwand, en de regio's met fumarole-activiteit storten bij voorkeur in."