Fonteinen van lava, geuren van giftige gassen, zure pluimen van verdampt zeewater en dekens van as:dat zijn slechts enkele van de gevaren die vulkanen de afgelopen weken hebben opgeleverd, met Guatemala's Fuego-vulkaan en Hawaii's Kilauea-vulkaan die elk de krachtigste uitbarsting in decennia produceren.

Tientallen mensen zijn omgekomen en duizenden zijn geëvacueerd in het gebied rond Fuego als gevolg van de uitbarsting van 3 juni. Zoals Kilauea, die begin mei 2018 een gewelddadige episode begon in een uitbarsting die al bijna 35 jaar aanhoudt, Fuego was nauwelijks in rust voor deze laatste explosie. Het spuwt vaak meerdere keren per jaar lava en as en kan op één dag vele kleine uitbarstingen hebben.

Maar deze keer was de Fuego-uitbarsting anders. De schade kwam snel en krachtig in een chaotisch mengsel van rots, gas en as bekend als een pyroclastische stroom - het creëren van vernietigingsscènes die weinig lijken op de beelden van kruipende lava die uit Kilauea zijn voortgekomen. Het contrast herinnert eraan dat de manieren waarop vulkanen gevaarlijk worden net zo gevarieerd kunnen zijn als de plaatsen en gemeenschappen waar ze tot leven komen.

Stanford University-geologen Gail Mahood (emerita) en Don Lowe, professoren in de geologische wetenschappen aan de School of Earth, Energie &Milieuwetenschappen, hebben beide vulkanen van dichtbij bestudeerd. Ze bespraken verrassende mysteries die voor wetenschappers overblijven rond vulkanische gevaren, wat en hoe onderzoekers kunnen leren van Fuego en andere vulkanen nadat de as is neergedaald en een deel van de wetenschap achter vulkanische bedreigingen.

Welke verschillen zorgden ervoor dat Fuego zo hevig uitbarstte in vergelijking met Kilauea?

DON LOWE:We hebben net in Guatemala dit kleine stadje gezien dat in hete as ligt begraven. Uitbarstingen in Amerika hebben de neiging om enorme hoeveelheden as te produceren, stof, puin en hoekige blokken, en de vulkanen hebben vaak hoge, steile kegels. Dichte wolken van hete as en puin denderen als goederentreinen over die hellingen en krijgen gaandeweg steeds meer vaart. Regen en stormen kunnen los puin op deze steile hellingen mobiliseren en koude puinstromen creëren. Hawaiiaanse vulkanen hebben de neiging om minder gewelddadige rivieren en lavafonteinen uit te barsten.

GAIL MAHOOD:Alle vulkanen in Midden-Amerika en in de Cascades in Noord-Amerika verschillen van Hawaï doordat ze verband houden met subductiezones, plaatsen waar de ene plaat onder de andere knijpt. Ze zijn veel explosiever, deels omdat magma's die ze uitbarsten meer water bevatten dat erin is opgelost - tot 10 keer zoveel als in Hawaiiaanse vulkanen.

Zie magma als een fles champagne. Als je de bovenkant loslaat, je verlaagt de druk en dat CO2-gas dat in de champagne was opgelost, vormt bubbels en komt naar buiten.

Water, CO2, zwavel gassen, fluor en chloor worden opgelost in magma wanneer het onder hoge druk diep in de aarde wordt opgeslagen. Maar als magma snel stijgt, die vluchtige elementen komen uit de oplossing in bellen die zo snel groeien dat de bellenwanden breken. Het is als een magmaschuim dat in stukken breekt en gewoon uit elkaar vliegt.

Magma's op Hawaï bevatten misschien maar een half procent van het gewicht. Als je 4 of 6 procent water in een magma hebt, zoals we in Midden-Amerika zien, je hebt een veel groter potentieel voor explosieve uitbarstingen.

Vulkanen in subductiezones hebben ook meer viskeuze, plakkeriger magma's, die zorgen voor meer weerstand naarmate de bubbels groeien. Als resultaat, de druk in de bellen kan veel hoger worden. Er breken dus meer bellen door meer water, en als de bubbels eindelijk breken, ze doen dat met meer kracht.

Hoe ontstaan ​​pyroclastische stromen na de uitbarsting van een vulkaan als Fuego in Guatemala?

MAHOOD:Deze kunnen direct worden gevormd door een explosieve uitbarsting, of ze kunnen worden gevormd door lava die naar buiten komt en een beetje afkoelt, komt vast te zitten en vult de ventilatieopening. Dan is er misschien een aardbeving, of nieuw magma duwt het van onderaf, en die lava die de ventilatieopening verstopt, komt uit in een waterval van hete blokken. Die blijven bruisen en produceren as. Mensen rond Fuego worden grotendeels gedood door pyroclastische stromen.

Je hebt bestudeerd hoe vulkanen gevaarlijke stromen van niet alleen lava en as kunnen veroorzaken, maar ook dik viskeuze mengsels van deeltjes en water, bekend als puinstromen. Kun je een voorbeeld beschrijven van hoe dit type stroom begint, en wat kan er worden gedaan om de schade te minimaliseren als het eenmaal is begonnen?

LAAG:In 1985, puinstromen na de uitbarsting van de vulkaan Nevado del Ruiz in Colombia hebben ongeveer 20 mensen gedood, 000 mensen in een stad genaamd Armero, 60 kilometer (37 mijl) afdaling. Deze stromen zijn ontstaan ​​toen hete as, zoals het spul dat uit Fuego komt, landde op een gletsjer rond de top. Een kleine wolk as smolt slechts een klein deel van die gletsjer en zorgde ervoor dat enorme hoeveelheden water door canyons stroomden.

Door naar oudere afzettingen in wegafsluitingen rond deze stad te kijken, kwamen we erachter dat dit in het verleden een veelvoorkomend proces was. Alle elementen waren aanwezig die een planner hadden moeten doen inzien dat dit geen goede plek was voor een stad. Betere geologische studies zouden hebben aangetoond dat het gebied in het verleden veel soortgelijke rampen heeft meegemaakt. In feite, gevarenkaarten gemaakt in de maanden vóór de uitbarsting toonden aan dat Armero in het pad zou zijn van modderstromen (een soort puinstroom) veroorzaakt door de vulkaan. Maar die kaarten werden niet op grote schaal verspreid.

We begrijpen nog steeds niet helemaal hoe puinstromen werken of hoe sommige van hen zo ver kunnen reizen over zeer lage hellingen. Een veelbelovende theorie is dat water onder de hoofdstroom wordt gezogen, zoals aquaplaning op je banden. Een andere theorie gaat over hoe deeltjes in de stroom op elkaar inwerken. Dragen ze gewoon passief mee in de vloeistof? Misschien gedragen deeltjes in een puinstroom zich als gasmoleculen in een ballon - ze botsen met elkaar, druk uitoefenen en helpen zichzelf op te schorten.

Deze details zijn belangrijk om te begrijpen hoe ver puinstromen kunnen gaan, hoeveel spullen ze kunnen dragen, hoe snel ze zich vormen - die allemaal relevant zijn voor het bouwen van steden rond vulkanen, beslissen hoe ver ze moeten zijn en het gevaar inschatten van nederzettingen en dorpen die er al zijn.

Rampenfunctionarissen in Guatemala hebben gezegd dat de uitbarsting van Fuego op 3 juni meer dan 1 miljoen mensen heeft getroffen. Hoe verhoudt dit zich tot enkele van de grootste uitbarstingen in de geschiedenis?

MAHOOD:Dit is in geen enkel opzicht een grote uitbarsting. Een van de grote problemen in Guatemala en vele andere plaatsen – in Indonesië en de Filippijnen, bijvoorbeeld - is de grote populatie op en rond vulkanen van dit type. Matig kleine uitbarstingen kunnen veel mensen doden.

Fuego is een zeer actieve vulkaan. Vermoedelijk, wat er deze keer gebeurt, is dat het een beetje explosiever is dan normaal, dus deze pyroclastische stromen banen zich een weg verder de vulkaan af. In plaats van langs de flanken van de puntige te gaan, kegelvormige vulkaan en een soort van uitsterven, ze gaan de flanken in en stromen uit in dorpen.

Is het mogelijk om te anticiperen of en wanneer een bepaalde uitbarsting dit soort gevaar zal opleveren?

MAHOOD:We kunnen vaak voorspellen dat er een uitbarsting komt. Wat moeilijker te voorspellen is, is de exacte aard van de uitbarsting en het tijdstip van aanvang.

Om vulkanische gevaren in kaart te brengen, vulkanologen gaan het veld in en brengen de voetafdrukken van een uitbarsting in kaart:as die van hoog in de lucht viel, afzettingen van pyroclastische en puinstromen, en lavas. As kan tienduizenden vierkante mijlen beslaan, maar de deeltjes zijn koud tegen de tijd dat ze landen, dus alleen in de buurt van de opening van de vulkaan zijn ze catastrofaal. waar ze dik genoeg kunnen zijn om daken in te storten.

Terug in het laboratorium, we gebruiken koolstof- of argondatering om te weten te komen hoe vaak elk type uitbarsting in het verleden is geweest. Meer en meer, we analyseren ook kristallen die vóór een uitbarsting in het magma groeiden. Ze fungeren als kleine temperatuurmeters, druk en gasinhoud, zodat ze ons kunnen helpen bij het reconstrueren van het opstijgen van het magma en de bewaarcondities ervan.

Het beste van alles is dat deze analyses kunnen worden geïntegreerd met geofysische studies van seismische activiteit of vervorming rond de vulkaan. Fuego is moeilijk te observeren omdat het zwaar bebost is, en als je eenmaal op de top bent, is het bedekt met wolken. Geofysici zijn erg goed geworden in het voorspellen van uitbarstingen bij Kilauea in Hawaii en Mount St. Helens in Washington, omdat ze zoveel uitbarstingen hebben gezien. We kennen heel goed de tekenen dat magma door de korst van Kilauea beweegt:de top loopt leeg en aardbevingen veranderen op een bepaalde manier van stijl. Het enige dat niet zeker is, is wanneer een uitbarsting zoals de aan de gang zijnde bij Kilauea zal stoppen.

Is er een manier om ons aan te passen aan de bedreigingen van vulkaanuitbarstingen?

LOWE:We hebben gebieden bewoond zonder veel zorgen te maken over natuurrampen en gevaren. Echter, zodra zich een ramp voordoet, we moeten proberen de toekomstige groei op dat gebied en op plaatsen met vergelijkbare risico's te beperken. We zullen misschien niet een echt catastrofale uitbarsting in ons leven zien. Maar in het leven van onze kinderen of kleinkinderen, er zullen onvermijdelijk uitbarstingen zijn die grote bevolkingscentra wegvagen. We moeten ons realiseren hoe belangrijk het is om verder in de toekomst te kijken dan alleen morgen.