Een nieuwe studie heeft aangetoond dat het monitoren van onhoorbare lage frequenties, infrageluid genaamd, geproduceerd door een type actieve vulkaan, de voorspelling van significante, mogelijk dodelijke uitbarstingen.

Wetenschappers van Stanford en Boise State University analyseerden het infrageluid dat werd gedetecteerd door meetstations op de hellingen van de Villarrica-vulkaan in het zuiden van Chili, een van de meest actieve vulkanen ter wereld. Het kenmerkende geluid komt van het kolken van een lavameer in een krater op de top van de vulkaan en verandert afhankelijk van de activiteit van de vulkaan.

De studie toonde aan hoe veranderingen in dit geluid een plotselinge stijging van het meerniveau aangaven, samen met snelle op-en-neer bewegingen van het stijgende meer nabij de rand van de krater net voor een grote uitbarsting in 2015. Infrageluid in realtime volgen en integreren met andere gegevens, zoals seismische metingen en gasemissie, kan helpen om buurtbewoners en toeristen te waarschuwen dat een vulkaan op het punt staat zijn stapel uit te blazen, aldus de onderzoekers.

"Onze resultaten wijzen op hoe infrageluid kan helpen bij het voorspellen van vulkaanuitbarstingen, " zei co-auteur van de studie Leighton Watson, een afgestudeerde student in het lab van Eric Dunham, een universitair hoofddocent bij de afdeling Geofysica van de Stanford School of Earth, Energy &Environmental Sciences en tevens co-auteur. "Infrageluid is potentieel een belangrijk stuk informatie dat beschikbaar is voor vulkanologen om de kans op een uitbarsting uren of dagen vooruit te peilen."

De studie, gepubliceerd op 14 februari in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven , wordt geleid door Jeffrey Johnson, een universitair hoofddocent geofysica aan de Boise State University in Idaho.

Slapende reus brult wakker

Villarrica is een schilderachtige berg met een hoogte van 9, 300 voet. De met sneeuw bedekte vulkaan doemt op boven een meer en tegenover de stad Pucón, die in het zomerseizoen aanzwelt tot een kwart miljoen mensen. 's Nachts, inwoners van Pucón zien vaak een scharlaken gloed van het lavameer van Villarrica, normaal gesproken goed verborgen onder de rand van de vulkaan.

De onheilspellende sereniteit die in Villarrica heerste sinds de laatste uitbarsting in het midden van de jaren tachtig eindigde op 3 maart in de vroege ochtenduren, 2015. Een gloeiende fontein van lava schoot van de bergtop bijna anderhalve kilometer de lucht in, as en puin spuwend en bliksemschichten veroorzaakten uit de dikke, door warmte gegenereerde wolken die de top omhullen. Rond 4, 000 mensen evacueerden de directe omgeving. De uitbarsting bleek van korte duur, echter, en met minimale risico's van modderstromen en overstromingen door gesmolten sneeuw, evacués snel terug naar hun huizen.

Infrageluid-meetstations die slechts twee maanden voor het evenement van 2015 in Villarrica werden opgericht en worden onderhouden door co-auteur Jose Palma van de Universiteit van Concepcion in Chili, legden de voor-en-na-sonische activiteit vast. Door deze gegevens te bestuderen, het onderzoeksteam zag dat in de aanloop naar de uitbarsting, de toonhoogte van het infrageluid nam toe, terwijl de duur van het signaal afnam. Flyovers in vliegtuigen documenteerden de veranderingen in het lavameer van Villarrica, waardoor onderzoekers verbanden tussen de hoogte en de geluidsgeneratie kunnen onderzoeken.

Watson bood een muziekanalogie om deze relatie uit te leggen. Vergelijkbaar met een persoon die op een trombone blaast, explosies van gasbellen die opstijgen en vervolgens barsten aan het oppervlak van het lavameer creëren geluidsgolven. Net zoals de vorm van een trombone de toonhoogte van de geproduceerde noten kan veranderen, de geometrie van de krater die het lavameer bevat, moduleert zijn geluiden. Als het lavameer diep in de krater van de vulkaan ligt, het geluid registreert op een lagere toonhoogte of frequentie - "net als wanneer een trombone wordt uitgeschoven, " zei Watson. Als het lavameer in de krater omhoog komt, mogelijk een uitbarsting aankondigen, de toonhoogte of frequentie van het geluid neemt toe, "net als wanneer de trombone is ingetrokken, ' zei Watson.

Waarschuwingstekens

Toekomstig onderzoek zal trachten de generatie van infrageluid te koppelen aan andere kritische variabelen bij het monitoren van vulkaanuitbarstingen en het voorspellen van uitbarstingen, zoals seismiciteit. Voorafgaand aan een uitbarsting, seismische activiteit in de vorm van kleine aardbevingen en trillingen neemt bijna altijd toe. Deze seismiciteit komt van enkele kilometers onder de grond terwijl magma door het "loodgieterssysteem" van breuken en leidingen beweegt die de opening van de vulkaan verbinden met magmakamers in de korst van onze planeet. Vulkanologen denken dat veranderingen in het niveau van lavameren - en het bijbehorende infrageluid - het gevolg zijn van de injectie van nieuw magma door vulkanisch sanitair, vergroot de kans op een gewelddadige uitbarsting.

Op deze manier, het verzamelen van infrageluid zou gunstig moeten zijn voor voorspellingsdoeleinden bij "open vent" vulkanen zoals Villarrica, waar een blootgesteld meer of lavakanalen de ingewanden van de vulkaan verbinden met de atmosfeer. Gesloten ventilatievulkanen, echter, waar het poolende magma onder de rots vast blijft zitten tot er een explosieve uitbarsting plaatsvindt, genereren niet hetzelfde soort infrageluid en vormen dus extra prognose-uitdagingen. Een voorbeeld van een gesloten ventilatievulkaan is Mount St. Helens in het zuidwesten van de staat Washington, wiens uitbarsting in 1980 de meest dodelijke en destructieve uitbarsting in de geschiedenis van de Verenigde Staten blijft.

"Vulkanen zijn gecompliceerd en er is momenteel geen universeel toepasbare manier om uitbarstingen te voorspellen. zal er nooit zijn, "zei Dunham. "In plaats daarvan, kunnen we kijken naar de vele indicatoren van verhoogde vulkanische activiteit, zoals seismiciteit, uitstoot van gassen, grondvervorming, en - zoals we verder hebben aangetoond in deze studie - infrageluid, om robuuste voorspellingen van uitbarstingen te maken."