Hawaii's Kilauea-vulkaan sijpelt al meer dan drie decennia lava uit. Maar in de afgelopen dagen fonteinen van lava honderden meters hoog, een dozijn nieuwe scheuren en stoompluimen, as, en gassen hebben het gebied rond Kilauea getroffen en meer dan 1 700 mensen hun huizen ontvluchten. Honderden aardbevingen en veranderingen in de vorm van Kilauea voorspelden de uitbarsting en maakten vroegtijdige waarschuwingen voor bewoners mogelijk, maar het blijft onbekend hoe de uitbarsting zich zal ontvouwen of hoe lang deze zal duren. Stanford University vulkanoloog Paul Segall, een professor in de geofysica aan de School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth), beschreef de wetenschap achter deze laatste uitbarsting, wat we ervan kunnen leren en hoe voorspellers kunnen beginnen met het beantwoorden van die vragen over wat er gebeurt nadat een vulkaan uitbarst.

Kilauea barst al jaren langzaam uit zonder een bedreiging te vormen voor mensen en hun huizen. Wat veranderde?

Het barst min of meer continu uit sinds 1983, met pauzes en enkele gedragsveranderingen. Het was uitgebarsten in zeer dunbevolkte gebieden; die gebieden zijn lang geleden overspoeld door lavastromen. Vanaf woensdag [2 mei], de uitbarsting verschoof naar het oosten, door wat we de East Rift Zone noemen, en dichter bij de mensen komen. De toegang tot dat gebied over de weg is beperkt, dus als het de wegen afsnijdt, mensen die ten zuiden daarvan wonen, zijn vrijwel geïsoleerd.

Hoe wisten geologen dat deze uitbarsting eraan kwam? Hadden ze een echte vulkaanvoorspelling?

Op maandag, 30 april de U.S. Geological Survey (USGS) zag dat aardbevingen naar dit gebied migreerden en dat de grond van vorm veranderde. Zeer nauwkeurige GPS-eenheden maten de beweging van de vulkaan tot op de millimeter nauwkeurig en kantelmeters maten hoe de grond kantelde. Ook met radarsatellieten kunnen we grondvervorming vanuit de ruimte meten.

Vulkaanvoorspellingen zoals wat we in Kilauea zagen, zijn echt, maar het is niet onfeilbaar. We zijn nu geïnteresseerd in de overgang naar meer op fysica gebaseerde voorspellingen, in de manier waarop weersvoorspellingen zijn veranderd van zeer empirisch gedreven naar zeer complexe numerieke berekeningen.

Empirische voorspellingen werken heel goed bij vulkanen die vaak uitbarsten, omdat je veel gegevens kunt verzamelen en patronen kunt zien. We zullen, wat doe je als je wordt geconfronteerd met een vulkaan die in historische tijden nog nooit is uitgebarsten? Soms zijn dat de gevaarlijkste. Je kunt proberen analogieën te trekken met andere, vergelijkbare soorten vulkanen, maar een op fysica gebaseerde benadering zou bijdragen aan ons vermogen om voorspellingen te doen.

Ook willen we beter begrijpen hoe deze systemen werken. We weten tot op zekere hoogte wat explosieve versus niet-explosieve uitbarstingen veroorzaakt, maar wat bepaalt de tijdschalen van hoe ze evolueren? We willen graag voorspellen wanneer een uitbarsting is begonnen, hoe lang het zal duren.

Zijn er tot nu toe verrassingen geweest bij Kilauea?

De aardbeving met een kracht van 6,9 op vrijdag was een verrassing. Er zijn de hele tijd aardbevingen, maar er is sinds 1975 geen aardbeving geweest van de omvang die we op vrijdag hebben gezien.

Wanneer er een aardbeving plaatsvindt, dat de stress in de vulkaan verandert, en dat kan al dan niet leiden tot andere dingen. Bijvoorbeeld, op de top van de vulkaan, het lavaniveau daalt sinds vrijdag. En dat vind je misschien maar goed ook. Maar als het zo laag daalt dat het grondwater in de vulkanische leiding laat komen en contact maakt met zeer hete lava, het kan leiden tot potentieel explosieve uitbarstingen. De grondwaterspiegel in Kilauea is erg laag - honderden meters onder het oppervlak - dus het zou heel ver moeten dalen.

Vertelt de activiteit in Kilauea ons iets over wat we zouden kunnen verwachten wat betreft seismische of vulkanische activiteit elders?

De Hawaiiaanse vulkanen zijn voorbeelden van wat we hotspotvulkanen noemen, die behoorlijk verschillen van andere soorten vulkanen zoals Mount St. Helens in de Cascades van de Pacific Northwest. Dus we kunnen niet altijd gewoon nemen wat we op Hawaï leren en het letterlijk vertalen naar:zeggen, de Cascades. We krijgen inzichten, maar ze zijn een andere smaak van vulkaan.

De Hawaiiaanse vulkanen zitten precies in het midden van de Pacifische plaat. Heet materiaal in de mantel stijgt van grote diepte op en botst op de Pacifische plaat. Het begint te smelten, op een diepte van ongeveer 50 kilometer, en die smelt begint zich op te hopen en stijgt dan naar boven - drijvend ten opzichte van de omgeving - totdat het reservoirs in de korst bereikt waar het tijdelijk wordt opgeslagen totdat het op het oppervlak uitbarst.

De migratie van de Kilauea-uitbarsting van afgelopen week naar meer bevolkte gebieden wordt aangedreven door relatief ondiepe processen, die niets zullen beïnvloeden in de Cascades of Japan, of ergens anders rond de Pacific Ring of Fire. Dit zal worden geïsoleerd naar Kilauea.

Als iemand die veel tijd in het vulkanische land heeft doorgebracht, hoe denk je over de keuze om potentieel in het pad van lavastromen te leven?

Ik heb een paar keer deelgenomen aan de Wrigley Field-cursus, en een keer gingen we uit met een paar studenten, niet ver van waar de activiteit nu is – een beetje verder naar het westen – en we zagen mensen huizen herbouwen op lava die waarschijnlijk een jaar oud waren.

Dat is een beetje gek.

Maar iedereen heeft zijn eigen niveau van risicotolerantie. Mensen die heel dicht bij Kilauea staan, zijn zich bewust van de gevaren van lavastromen. Waar ik me zorgen over maak is aan de andere kant van het eiland – de Kona-kant waar alle grote resorts zijn. Er zijn lavastromen van de vulkaan Mauna Loa - een veel grotere buur van Kilauea - die niet zo oud zijn. In sommige gevallen, het zijn plaatsen waar recente lava er maar acht uur over deed om de oceaan te bereiken. Dat zou dwars door deze ontwikkelingen heen brullen.

Ik weet niet dat iedereen die onroerend goed koopt of in deze gebieden woont, weet dat dit nog steeds actieve gebieden zijn. Er is veel onderwijs nodig. Zonering en planning is ook belangrijk.

Zolang de vulkanische activiteit in Kilauea blijft, dicht bij gebieden waar het de laatste tijd erg actief is geweest, de meeste mensen zullen zeggen dat ze wisten waar ze aan begonnen. Niet zo lang geleden, decennia geleden, grote lavastromen strekten zich heel ver uit aan de andere kant van het eiland. Ik denk dat als dat nog een keer gebeurt, de mensen versteld zullen staan. Omdat ik denk dat ze er niet op voorbereid zijn.