Rudolph 2013

Evolusi dari semburan mud volcano Lusi ditentukan berdasarkan deformasi tanah

Evolution and future of the Lusi mud eruption

inferred from ground deformation

M. L. Rudolph1, M. Shirzaei1, M. Manga1, and Y. Fukushima 2

1 - Department of Earth and Planetary Science, University of California, Berkeley, California, USA.

2 - Disaster Prevention Research Institute, Kyoto University, Uji Prefecture, Japan

Original Article:Rudolph_etal_Lusi_InSAR.pdf

Modified Figures Captions: rudolph2013.pdf

Lusi Library:

https://sites.google.com/site/lusilibraryhardi2010/home/0-2013new_paper

Pokok-pokok Bahasan dan Kata Kunci

Sari

· Peluang emas mempelajari semburan Lusi mud volcano:

· Pengamatan deformasi tanah baru, menunjukkan semburan Lusi akan berhenti lebih cepat dari perkiraan sebelumnya

· Debit semburan akan menurun menjadi tingkat 10% dari tingkat selama 5 tahun belakangan ini

Diskusi

· Perkiraan panjang umur semburan sebelumnya didasarkan pada perkiraan debit lumpur dan beberapa konsepsi model semburan

· Volume semburan diperkirakan dari ketebalan batuan sumber dan cakupan sebarannya

· Ketebalan sumber lumpur dibagi volume lumpur didapatkan perkiraan konservatif panjang umur 25-35 tahun.

· Perkiraan panjang umur tidak membuat asumsi tentang mekanisme semburan

· Salah satu model bahwa semburan berlanjut oleh adanya akuifer karbonat dalam

· Satu model perhitungan panjang umur 26 tahun

· Bukti baru laju deformasi tanah benurun seiring perjalanan waktu

· Kaitan semburan, deformasi di permukaan dan tekanan dalam ruang lumpur di bawah permukaan

· Peluruhan (penurunan) eksponensial skala waktu dari deformasi versus debit semburan

· Perubahan debit semburan 2006-2012

· Perkiraan semburan pada tahun 2017 <10.000m3

· Skenario terbentuknya kaldera

Sari

Peluang emas mempelajari semburan Lusi mud volcano:

Semburan gunung lumpur Lusi (Lusi mud volcano) di Jawa Timur, Indonesia yang sampai saat ini masih terus berlangsung, sehingga menyediakan suatu kesempatan yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Dalam hal untuk mempelajari suatu semburan berukuran besar, mulai dari saat awal kejadiannya sampai mendekati pada masa akhir kehidupannya.

Pengamatan deformasi tanah baru, menunjukkan semburan Lusi akan berhenti lebih cepat dari perkiraan sebelumnya

Dengan menggunakan pengamatan deformasi tanah yang baru, diperoleh dari hasil analisis interferometrik multitemporal L-band data synthetic aperture radar (SAR).

Telah menunjukkan bahwa Lusi akan berhenti menyembur lebih cepat daripada perkiraan yang telah dihasilkan sebelumnya.

Debit semburan akan menurun menjadi tingkat 10% dari tingkat selama 5 tahun belakangan ini

Analisis dengan menggunakan komponen utama, telah ditemukan bahwa laju deformasi tanah, telah berkurang secara eksponensial dengan skala bebarapa kali lipat dari ± 21,04 tahun. Dengan implikasi, terhadap tekanan di daerah sumber lumpur.

Diperkirakan bahwa debit semburan akan menurun menjadi 10% dari tingkat yang terjadi selama 5 tahun kebelakang. (We anticipate that discharge will decrease to 10% of the present rate in 5 years).

Diskusi

Perkiraan panjang umur semburan sebelumnya didasarkan pada perkiraan debit lumpur dan beberapa konsepsi model semburan

Usaha-usaha yang telah dilakukan sebelumnya untuk memperkirakan panjang umur dari semburan Lusi (estimate the longevity of the Lusi eruption) telah mengandalkan secara signifikan pada perkiraan debit lumpur (estimates of mud discharge) dikombinasikan dengan beberapa model konseptual untuk mekanisme semburan (differing conceptual models for the mechanics of the eruption).

Volume semburan diperkirakan dari ketebalan batuan sumber dan cakupan sebarannya

Volume semburan lumpur (The volume of erupted mud) diperkirakan dari survei lapangan rinci terhadap ketebalan sedimen (deposit thickness).

Dikombinasikan dengan perkiraan daerah tergenang (estimates of inundated area) berdasarkan citra satelit [11].

Ketebalan sumber lumpur dibagi volume lumpur didapatkan perkiraan konservatif panjang umur 25-35 tahun.

Menggunakan perkiraan ketebalan sumber lumpur (mud source thickness) dan luasnya udara yang berasal dari profil seismik refleksi dan survei gayaberat (aerial extent derived from seismic reflection profiles and gravity surveys), [11] telah diperoleh perkiraan panjang umur konservatif (conservative estimate of longevity) berkisar 23-35 tahun. Hal ini didapat dengan membagi volume lumpur yang tersedia dengan debit volumetric (available volume of mud by the volumetric discharge).

Perkiraan panjang umur tidak membuat asumsi tentang mekanisme semburan

Sedangkan perkiraan umur panjang [11] tidak membuat asumsi tentang mekanisme semburan (no assumptions about the mechanics of the eruption), perkiraan berikutnya telah diandalkan model mekanik semburan (mechanical models of the eruption) [6,17].

Salah satu model bahwa semburan berlanjut oleh adanya akuifer karbonat dalam

Dengan mengambil pendekatan Monte-Carlo untuk mengeksplorasi pengaruh parameter model yang tidak diketahui, perkiraan umur panjang probabilistik (probabilistic longevity estimates) dapat dihasilkan dari model mekanis tersebut. [6] diasumsikan bahwa semburan berlanjut oleh adanya overpressure dari akuifer karbonat yang dalam (assumed that the eruption is sustained by overpressure in a deep carbonate aquifer).

Air naik keatas dari akuifer ini dan membawa lumpur pada tingkat yang sebanding dengan debit air (entrains mud at a rate proportional to the water discharge).

Satu model perhitungan panjang umur 26 tahun

Sementara itu dengan menggunakan model konseptual, perkiraan panjang umur 50 persentil adalah 26 tahun [6]. [17] mengusulkan sebuah model konseptual yang berbeda untuk semburan (conceptual model for the eruption).

Dimana didorong oleh overpressure di daerah sumber lumpur dan larutan padat gas dan ekspansi (the eruption is driven by overpressure in the mud source region and gas exsolution and expansion), dan sumber lumpur mengembang selama semburan seperti lumpur semakin dimobilisasi (the mud source expands during the eruption as mud is progressively mobilized).

Menggunakan model konseptual ini, Pada Rudolph (2011) menggunakan distribusi probabilitas yang berbeda untuk parameter model yang tidak diketahui, diperoleh perkiraan panjang umur 50 persentil antara 25-50 tahun

Bukti baru laju deformasi tanah menurun seiring perjalanan waktu

Berdasarkan evolusi koefisien amplitudo dari temporal komponen utama pertama deformasi tanah (the evolution of the temporal amplitude coefficient of the first principal component of the ground deformation) (Gambar 2), disimpulkan bahwa kecepatan deformasi tanah telah menurun terhadap waktu (the rate of ground deformation is decreasing in time).

Kaitan semburan, deformasi di permukaan dan tekanan dalam ruang lumpur di bawah permukaan

Jika lumpur yang disemburkan dari sebuah ruang dengan batas-batas spasial yang tetap dan sekitarnya elastis (a chamber with fixed spatial boundaries and elastic surroundings), deformasi di permukaan linier sebanding dengan perubahan tekanan dalam ruang lumpur (surface deformation is linearly proportional to the change in pressure within the mud chamber).

Berdasarkan asumsi ini, evolusi dari koefisien amplitudo temporal (the evolution of the temporal amplitude coefficient) dapat digunakan secara langsung sebagai pendekatan untuk evolusi tekanan pada sumber lumpur (as a proxy for the evolution of pressure in the mud source).

Skala waktu peluruhan eksponensial dari deformasi tanah (the exponential decay time scale of the ground deformation) (21 ± 04 tahun. Adalah sama dengan peluruhan eksponensial skala waktu tekanan di daerah sumber lumpur (the exponential decay time scale of pressure in the mud source region).

Peluruhan (penurunan) eksponensial skala waktu dari deformasi versus debit semburan

Karena debit adalah berbanding lurus dengan pengendali gradien tekanan (the driving pressure gradient), sedangkan saluran geometri dan reologi lumpur adalah konstan, kita dapat menggunakan peluruhan eksponensial skala waktu terkait dengan deformasi tanah langsung sebagai pendekatan untuk peluruhan eksponensial skala waktu dari debit (the exponential decay time scale associated with ground deformation directly as a proxy for the exponential decay timescale of discharge) .

Aliran dari ruang lumpur yang overpressured (Discharge from an overpressured mud chamber) dengan lingkungan yang elastis diharapkan secara eksponensial menurun, sebagai hasil yang berlaku terlepas dari apakah larutan padat volatil terjadi pada sumber lumpur [20].

Perubahan debit semburan 2006-2012

Aliran Lusi (Discharge from Lusi) adalah sebesar 100.000m3/hari pada akhir tahun 2006 [13] dan kemudian menurun menjadi 10.000m3/hari [15].

Telah diplot debit pengukuran aliran secara bersamaan dicocokkan secara eksponensial dengan pengukuran debit (an exponential fit to the discharge measurements) dari rumus y = exp (-t / b) dalam Gambar 3. Waktu kelipatan (b) yang diperoleh dengan mencocokkan pengukuran debit yaitu 12,08 ± tahun.

Ketidakpastian yang dilaporkan harus dipandang sebagai batas bawah sebagai metodologi, waktu, dan ketidakpastian yang berhubungan dengan pengukuran debit tidak didokumentasikan dalam literatur.

Dengan demikian, ditenemukan bahwa evolusi semburan disimpulkan dari pengukuran debit adalah konsisten dengan hasil pengamatan geodesi.

Perkiraan semburan pada tahun 2017 <10.000m3

Dengan asumsi bahwa perilaku semburan selama enam tahun terakhir berlanjut sama (misalnya tidak ada pembentukan kaldera dan ruang lumpur dan geometri saluran tidak berubah), kami berharap bahwa debit di Lusi akan menurun dengan besarnya untuk <10.000m3/hari pada 2017 ± 1 tahun.

Karena semburan berlanjut, tekanan elastis dihasilkan sebagai respon dari penarikan lumpur dari kedalaman akan terus meningkat, dan tekanan ini masih bisa menjadi cukup besar untuk memobilisasi lumpur tambahan [17] atau untuk menyebabkan kaldera terbentuk (a caldera to form).

Skenario terbentuknya kaldera

Jika terbentuk suatu kaldera, tekanan di daerah sumber lumpur tidak lagi diperkirakan akan menurun secara eksponensial terhadap waktu.

Sebaliknya, tekanan akan dihalangi oleh penutup (overburden) kaldera (pressure will be buffered by the overburden of the caldera’s), yang akan diselaraskan dengan sekitarnya oleh gesekan pada kaldera yang dibatasi patahan-patahan (friction on Caldera-bounding faults)

Jika terdapat reservoir fluida eksternal yang terlibat dalam semburan (external fluid reservoir involved in the eruption) [6,15], penilaian panjang umur (longevity assessment) kita tidak akan terpengaruh, karena deformasi permukaan (surface deformation) akibat dari penarikan lumpur yang beralih menjadi aliran dari semburan air. Sedangkan tingkat aliran berkaitan dengan debit dari (dan overpressure dalam) fluida reservoir eksternal hipotetik, di mana tekanan diperkirakan menurun secara eksponensial terhadap waktu (pressure is expected to decrease exponentially in time).

Pengamatan baru menunjukkan bahwa semburan lusi akan lebih cepat dari perkiraan sebelumnya

Pengamatan baru deformasi tanah (new observations of ground deformation) yang menunjukkan bahwa Lusi akan berhenti menyembur lebih cepat dari yang diantisipasi sebelumnya (Lusi will stop erupting much sooner than previously anticipated) [11,6,17].

Perkiraan umur semburan sebelumnya 23-50 tahun berdasarkan perkiraan debit 3 tahun pertama

Penilaian sebelumnya bahaya yang ditimbulkan (Previous assessments of the hazard) oleh Lusi mengandalkan perkiraan dari debit selama tiga tahun pertama dari semburan [13,19,11], dimana disimpulkan bahwa semburan akan berlangsung 23-50 tahun [11,6,17].

Selama ini fenomena deformasi tanah belum digunakan untuk memperkirakan panjang umur semburan

Meskipun deformasi tanah dekat Lusi telah digunakan sebelumnya untuk mengkarakterisasi pola spasial dan laju amblesan (the spatial pattern and rate of subsidence) [1] dan untuk mempelajari sumber dari deformasi tanah selama tahun pertama dari semburan [10].

Namun deformasi tanah belum digunakan secara langsung untuk memperkirakan panjang umur semburan (to estimate the longevity of the eruption).

Deformasi tanah akan menurun secara eksponensial dan debit akan menurun pada 5 tahun menjadi 10% dari kecepatan yang sekarang

Ditemukan bahwa laju deformasi tanah, dan dengan inferensi, tekanan di daerah sumber lumpur (pressure in the mud source region), telah menurun secara eksponensial (decreasing exponentially) dan debit yang akan turun menjadi 10% dari tingkat yang terjadi pada 5 tahun (discharge will decrease to 10% of the present rate in 5 years).