Ondanks een breed begrip van vulkanen, ons vermogen om de timing te voorspellen, looptijd, type, maat, en de gevolgen van vulkaanuitbarstingen is beperkt, zegt een nieuw rapport van de National Academies of Sciences, Engineering, en geneeskunde. Om uitbarstingsvoorspellingen en waarschuwingen te verbeteren om levens te redden, het rapport identificeert onderzoeksprioriteiten voor een betere monitoring van vulkaanuitbarstingen en drie grote uitdagingen waarmee de vulkaanwetenschappelijke gemeenschap wordt geconfronteerd.

Vulkaanmonitoring is van cruciaal belang voor het voorspellen van uitbarstingen en het verminderen van de risico's van hun gevaren. Echter, weinig vulkanen worden voldoende waargenomen, en velen worden helemaal niet gecontroleerd. Bijvoorbeeld, minder dan de helft van de 169 potentieel actieve vulkanen in de VS heeft seismometers - een instrument om kleine aardbevingen te detecteren die ondergrondse magmabeweging signaleren. En slechts drie hebben continue gasmetingen, die cruciaal zijn omdat de samenstelling en hoeveelheid opgeloste gassen in magma uitbarstingen veroorzaken. Verbeterde monitoring in combinatie met vooruitgang in experimentele en wiskundige modellen van vulkanische processen kan het begrip en de voorspelling van uitbarstingen verbeteren, zegt het rapport.

De commissie die de studie heeft uitgevoerd en het rapport heeft geschreven, benadrukte ook de noodzaak van satellietmetingen van grondvervorming en gasemissies, drone observaties, geavanceerde seismische monitoring, en real-time snelle verwerving van gegevens tijdens uitbarstingen. Nieuwe benaderingen in analytische mogelijkheden om magmageschiedenis te ontcijferen, en conceptuele en experimentele modellen van magmatische en vulkanische verschijnselen, zal nieuwe inzichten opleveren over de processen die verklaren hoe magma wordt gegenereerd en uitbarst.

"Er zijn grote verbeteringen geweest in conceptuele modellen van vulkanische verschijnselen, vergeleken met die van enkele decennia geleden, maar de wetenschappelijke gemeenschap van de vulkaan is nog niet voldoende voorbereid op de volgende grote uitbarsting, " zei Michael Manga, professor in de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en voorzitter van de commissie. "Er zijn fundamentele uitdagingen die moeten worden aangepakt en die een aanhoudende inspanning van alle disciplines vereisen. Door te werken aan deze grote uitdagingen, de vulkaanwetenschappelijke gemeenschap kan helpen het wereldwijde effect van uitbarstingen te kwantificeren en gevaren te verminderen, waar uiteindelijk miljoenen mensen van profiteren die in vulkanisch actieve gebieden wonen."

De commissie schetste een aantal belangrijke vragen en onderzoeksprioriteiten op gebieden zoals de processen die magma verplaatsen en opslaan onder vulkanen; hoe uitbarstingen beginnen, ontwikkelen, en einde; hoe een vulkaan uitbarst; uitbarstingen voorspellen; de reactie van landschappen, oceanen, en de atmosfeer tot vulkaanuitbarstingen; en de reactie van vulkanen op veranderingen op het aardoppervlak.

Op basis van deze onderzoeksprioriteiten de commissie identificeerde drie overkoepelende grote uitdagingen voor het bevorderen van vulkaanwetenschap en monitoring:

De grootte voorspellen, looptijd, en het gevaar van uitbarstingen door observaties te integreren met modellen

Huidige prognoses zijn gebaseerd op het herkennen van patronen in monitoringgegevens. Deze benaderingen hebben wisselend succes gehad omdat monitoringgegevens de diversiteit van vulkanen of hun evolutie in de loop van de tijd niet vastleggen. Een benadering gebaseerd op modellen van fysische en chemische processen, geïnformeerd door monitoringgegevens, zoals bij weersvoorspellingen wordt gedaan, kan de nauwkeurigheid van uitbarstingsvoorspellingen verbeteren. Een dergelijke aanpak vereist het integreren van gegevens en methodieken uit meerdere disciplines, zegt het rapport.

Het kwantificeren van de levenscycli van vulkanen en het overwinnen van ons huidige vooringenomen begrip

Het huidige begrip van de levenscyclus van een vulkaan is scheef omdat slechts een klein aantal vulkanen wordt bestudeerd. Uitgebreide monitoring vanaf de grond, zee, en de ruimte kan sommige van deze waarnemingsvooroordelen overwinnen, zegt het rapport. Het uitbreiden en onderhouden van monitoringmogelijkheden en het ondersteunen van de infrastructuur om historische en monitoringgegevens beschikbaar te maken, zijn van cruciaal belang voor het bevorderen van het begrip van vulkanische processen en het beoordelen van vulkanische gevaren. De commissie merkte op dat opkomende technologieën zoals goedkope sensoren, drones, en nieuwe micro-analytische geochemische methoden zijn veelbelovende instrumenten om nieuwe inzichten te verschaffen in vulkanische activiteit.

Het bouwen van een gecoördineerde vulkaanwetenschapsgemeenschap

Elk jaar barsten er bijna 100 vulkanen ergens op aarde uit. Versterking van multidisciplinair onderzoek, nationale en internationale onderzoeks- en monitoringpartnerschappen, en trainingsnetwerken kunnen de onderzoeksgemeenschap helpen de wetenschappelijke vooruitgang te maximaliseren die het gevolg is van de studie van uitbarstingen over de hele wereld, aldus de commissie.

Het rapport noemt de aanhoudende uitbarsting bij de Bogoslof-vulkaan in Alaska als een voorbeeld dat deze drie uitdagingen benadrukt. Een afstandsbediening, aanvankelijk onderzeese vulkaan in de boog van het Aleoeten, de uitbarsting begon eind december 2016 en de activiteit gaat door vanaf februari 2017. In slechts een maand tijd, de vulkaan produceerde talloze explosies met pluimen die 20 stegen, 000-35, 000 voet, een aanzienlijk gevaar vormen voor de luchtvaart in de noordelijke Stille Oceaan. Het U.S. Geological Survey Alaska Volcano Observatory (AVO) heeft vertrouwd op verre seismometers, satellietgegevens, infrageluid, en bliksemdetectie om de activiteit te volgen omdat er geen grondinstrumenten op de vulkaan zijn. De commissie zei dat AVO in staat is geweest om vroegtijdig te waarschuwen voor slechts enkele van deze gevaarlijke gebeurtenissen. Deze uitbarsting onderstreept ook het beperkte begrip van magma-uitbarsting. In meer dan 20 discrete evenementen, de opkomende vulkaan heeft zijn kustlijn herhaaldelijk hervormd, het verstrekken van snapshots van interacties tussen vulkaanlandschappen.