Een vulkaan stuurt geen officiële uitnodiging als hij klaar is om uit te barsten, maar een team van onderzoekers suggereert dat wetenschappers die goed luisteren en kijken, mogelijk signalen kunnen opvangen dat er een uitbarsting staat te gebeuren.

In een studie van de vulkaan Kīlauea in Hawaï, de onderzoekers meldden dat drukveranderingen in de topreservoirs van de vulkaan hielpen bij het verklaren van het aantal aardbevingen - of seismiciteit - in de bovenste East Rift Zone. Deze zone is een zeer actieve regio waar de afgelopen decennia verschillende uitbarstingen hebben plaatsgevonden, waaronder een spectaculaire in 2018.

"We zijn geïnteresseerd in het kijken naar de mechanismen die seismische activiteit veroorzaken bij een zeer actieve en dynamische vulkaan, zoals de vulkaan Kīlauea op Hawaï, " zei Christelle Wauthier, universitair docent geowetenschappen en medehuurder Instituut voor CyberScience, Penn State. "Er zijn verschillende fysieke processen die seismische activiteit kunnen veroorzaken en, in dit onderzoek, we probeerden erachter te komen welke het meest waarschijnlijk was."

Volgens Wauthier de drukveranderingen die optreden in het reservoir op de top - een ondergrondse kamer met heet magma - veroorzaakt spanningen in de rotsen en de grond die het magma omringen, zelfs niet in de directe nabijheid. Deze stressveranderingen kunnen vulkaan-tektonische aardbevingen van kleine omvang veroorzaken, meestal niet waarneembaar voor mensen, maar die worden opgepikt door de gevoelige seismische apparatuur die de vulkaan in de gaten houdt. Deze seismische activiteit, dan, kan magmabewegingen en resulterende uitbarstingen beter voorspellen.

Het werk van de onderzoeker daagt een eerdere theorie uit die suggereerde dat de seismische activiteit in de spleetzone werd veroorzaakt door de geleidelijke slip van de vulkaan naar de zee. De zuidelijke flank van Kīlauea beweegt zich geleidelijk naar de oceaan met ongeveer zes centimeter per jaar.

Terwijl de meeste mensen zich voorstellen dat vulkanen op hun toppen met geweld uitbarsten, Kīlauea is anders omdat het uitgestrekte systeem van ondergrondse tunnels en kamers waar magma stroomt, resulteert in uitbarstingen die op verschillende punten mijlen van de top kunnen plaatsvinden. Wanneer magma uit deze kamers naar het aardoppervlak reist, het wordt lava genoemd.

"Onder, er is een leidingsysteem dat extreem lang is - we hebben het over 20 mijl of zo, "zei Wauthier. "En het is net als het sanitair in een huis. Het leidingsysteem van een vulkaan kan verstopt of verstopt zijn en dat kan tot een uitbarsting leiden."

Door een beter begrip van de krachten die seismische activiteit veroorzaken, wetenschappers die seismische activiteit bij andere vulkanen volgen, kunnen toekomstige uitbarstingen nauwkeuriger voorspellen, volgens de onderzoekers die hun bevindingen rapporteerden in een recent nummer van Geologie . Omdat Kīlauea een van 's werelds meest nauwlettende en dichtst gecontroleerde vulkanische systemen is, het dient als een levend laboratorium om vulkanische activiteit te bestuderen die kan worden toegepast om andere vulkanen te bestuderen, voegde Wauthier toe, die samenwerkte met Diana C. Roman, staf wetenschapper, Carnegie Instituut voor Wetenschap, en Michael P. Polen, verantwoordelijke wetenschapper, Yellowstone vulkaan laboratorium, Amerikaanse geologische dienst.

"Hoewel er maar een paar vulkanen zijn die zo sterk zijn geïnstrumenteerd als Kīlauea, die een superdicht seismisch netwerk en GPS heeft, dus het wordt heel goed gecontroleerd, maar andere vulkanen worden niet zo gevolgd, "zei Wauthier. "Echter, voor vulkanen met goede seismische netwerken - en dat zijn er veel - kun je exact dezelfde benadering toepassen als deze om te kijken of je vulkaantektonische seismiciteit - deze kleine aardbevingen - te wijten is aan magma dat in een magmareservoir wordt geïnjecteerd, of door iets anders."

Het team gebruikte voor het onderzoek zowel seismische als satellietbeelden van midden tot eind 2007. Seismische analyse werd uitgevoerd met gegevens verzameld op de bovenste East Rift Zone van het U.S. Geological Survey Hawaiian Volcano Observatory (HVO). Met behulp van informatie van wereldwijde plaatsbepalingssatellieten, ook ingezameld door HVO, de onderzoekers waren ook in staat om fysieke veranderingen in de vorm van de berg te analyseren en bijzondere aandacht te besteden aan de vervormingen van het grondoppervlak op de top. Vervolgens keken ze hoe deze factoren correleerden met modellen van de stressveranderingen veroorzaakt door inflatie en deflatie van het reservoir op de top.

Door bewegingen naar het reservoir op de top van een vulkaan zorgvuldig te analyseren, onderzoekers kunnen mogelijk beter voorspellen wanneer en waar uitbarstingen zullen plaatsvinden, dan, volgens de onderzoekers. Echter, meer werk moet worden gedaan, zei Wauthier. Toekomstige onderzoeksplannen omvatten het kijken naar seismische activiteit en grondvervormingsgegevens uit andere tijdsperioden van de vulkaan.

"We hebben gekeken naar de periode in 2007, maar dat is slechts een deelverzameling, "zei Wauthier. "We kunnen ons voorstellen dat we naar een langere periode kijken waarin andere inflatie-deflatie-gebeurtenissen plaatsvinden en zien of we nog steeds dezelfde conclusie trekken dat het opblazen van het magmareservoir de seismische activiteit veroorzaakt. Het is waarschijnlijk dat in de loop van een langdurige uitbarsting zoals die van 1983-2008, dingen zijn aan het veranderen."