Op televisie, de uitbarsting van vulkaan schiet magma recht uit de top. Echter, het is niet zo ongewoon dat magma uitbarst van de flank van de vulkaan in plaats van de top. Na het verlaten van de ondergrondse magmakamer, het magma baant zich een zijwaartse weg door gesteente te breken, soms tientallen kilometers. Vervolgens, wanneer het het aardoppervlak doorbreekt, het vormt een of meer ventilatieopeningen waaruit het naar buiten stroomt, soms explosief. Dit, bijvoorbeeld, vond plaats in Bardarbunga in IJsland in augustus 2014, en Kilauea op Hawaï in augustus 2018.

Het is een grote uitdaging voor vulkanologen om te raden waar magma naartoe gaat en waar het het oppervlak zal doorbreken. Aan deze taak wordt veel energie gestoken, omdat het het risico voor dorpen en steden die door uitbarstingen worden bedreigd, zou kunnen minimaliseren. Nutsvoorzieningen, Eleonora Rivalta en haar team van het GFZ German Research Center for Geosciences in Potsdam en institutionele medewerkers hebben een nieuwe methode bedacht om voorspellingen van ventilatieopeningen te genereren. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"Vorige methoden waren gebaseerd op de statistieken van de locaties van eerdere uitbarstingen, ", zegt Eleonora Rivalta. "Onze methode combineert natuurkunde en statistiek:we berekenen de paden van de minste weerstand voor opstijgend magma en stemmen het model af op basis van statistieken." De onderzoekers hebben de nieuwe aanpak met succes getest met gegevens van de Campi Flegrei-caldera in Italië, een van de vulkanen met het hoogste risico op aarde.

Ventilatieopeningen aan de flank van een vulkaan worden vaak gebruikt door slechts één uitbarsting. Alle vulkanen kunnen dergelijke eenmalige ventilatieopeningen produceren, maar sommigen doen meer dan anderen. Hun flanken zijn doorboord door tientallen ventilatieopeningen waarvan de uitlijning de locaties markeert waar ondergrondse magmapaden het aardoppervlak hebben gekruist.

Bij caldera's, dat zijn grote ketelachtige holtes die zich vormen kort na het legen van een magmakamer bij een vulkaanuitbarsting, ventilatieopeningen kunnen ook binnen en op de rand openen. Dat komt omdat ze geen top hebben om uitbarstingen te focussen. "Caldera's zien er vaak uit als een gazon bedekt met molshopen, ", zegt Eleonora Rivalta van GFZ.

De meeste ventilatieopeningen bij caldera's zijn slechts één keer gebruikt. De resulterende verspreide, soms schijnbaar willekeurige ruimtelijke ventilatie-verdeling bedreigt grote gebieden, een uitdaging voor vulkanologen die voorspellingskaarten maken voor de locatie van toekomstige uitbarstingen. Dergelijke kaarten zijn ook nodig voor nauwkeurige voorspellingen van lava- en pyroclastische stromen of de uitzetting van aspluimen.

Ventilatievoorspellingskaarten zijn tot nu toe voornamelijk gebaseerd op de ruimtelijke verdeling van eerdere ventilatieopeningen:"Vulkanologen gaan er vaak van uit dat de vulkaan zich zal gedragen zoals in het verleden, ", zegt Eleonora Rivalta. "Het probleem is dat vaak slechts enkele tientallen ventilatieopeningen zichtbaar zijn op het oppervlak van de vulkaan, omdat grote uitbarstingen de neiging hebben om eerdere uitbarstingspatronen te bedekken of uit te wissen. Vandaar, zo wiskundig geavanceerd als de procedure kan zijn, schaarse gegevens leiden tot grove kaarten met grote onzekerheden. Bovendien, de dynamiek van een vulkaan kan met de tijd veranderen, zodat ventilatieopeningen zullen verschuiven."

Succesvolle testen op de Campi Flegrei

Rivalta, een opgeleide fysicus, en een team van geologen en statistici gebruikte vulkaanfysica om de voorspellingen te verbeteren. "We gebruiken het meest actuele fysieke begrip van hoe magma rots breekt om ondergronds te bewegen en combineren het met een statistische procedure en kennis van de vulkaanstructuur en geschiedenis. We stemmen de parameters van het fysieke model af totdat ze overeenkomen met eerdere uitbarstingspatronen . Vervolgens, we hebben een werkend model en kunnen het gebruiken om toekomstige uitbarstingslocaties te voorspellen, ', zegt Eleonora Rivalta.

De nieuwe aanpak werd in Zuid-Italië toegepast op de Campi Flegrei, een caldera in de buurt van Napels, die bijna een miljoen inwoners telt. In de meer dan tien kilometer brede caldera, ongeveer tachtig ventilatieopeningen hebben de afgelopen 15 explosieve uitbarstingen veroorzaakt, 000 jaar. De aanpak presteert goed in retrospectieve tests, dat de locatie correct voorspelt van ventilatieopeningen die niet werden gebruikt om het model af te stemmen, melden de onderzoekers.

"Het moeilijkste was om de methode te formuleren op een manier die voor alle vulkanen werkt en niet slechts voor één - om het te generaliseren, Rivalta legt uit. "We gaan nu meer testen doen. Als onze methode ook goed werkt op andere vulkanen, het kan helpen bij het plannen van landgebruik in vulkanische gebieden en het voorspellen van de locatie van toekomstige uitbarstingen met een grotere zekerheid dan voorheen mogelijk was."