Er zijn ongeveer 1, Jaarlijks vinden 500 potentieel actieve vulkanen en ongeveer 50 uitbarstingen plaats. Maar het is nog steeds moeilijk te voorspellen wanneer en hoe deze uitbarstingen zullen plaatsvinden of hoe ze zich zullen ontvouwen. Nutsvoorzieningen, nieuw inzicht in de fysieke processen in vulkanen geven wetenschappers een beter begrip van hun gedrag, die de 1 miljard mensen die in de buurt van vulkanen wonen kunnen helpen beschermen.

Koepelbouwende vulkanen, die vaak actief zijn, behoren tot de gevaarlijkste soorten vulkanen, omdat ze bekend staan ​​om hun explosieve activiteit. Dit type vulkaan barst vaak uit door eerst stilletjes een koepelvormige extrusie van dikke lava te produceren op de top die te stroperig is om te stromen. Wanneer het uiteindelijk gedestabiliseerd raakt, het breekt af en produceert snel bewegende stromen heet gas, gestolde lavastukken en vulkanische as, pyroclastische wolken genoemd, die met de snelheid van een snelle trein langs de zijkanten van de vulkaan naar beneden stromen.

"De gevaren die ermee gepaard gaan, kunnen heel spontaan en moeilijk te voorspellen zijn, " zei professor Thomas Walter, een professor in vulkanologie en geohazards aan de universiteit van Potsdam in Duitsland. "Daarom is het zo belangrijk om dit fenomeen van lavakoepels te begrijpen."

Er is weinig bekend over het gedrag van lavakoepels, deels omdat er niet veel gegevens beschikbaar zijn. Prof. Walter en zijn collega's willen beter begrijpen hoe ze zich vormen, of ze aanzienlijk in vorm kunnen variëren en hoe hun interne structuur eruitziet. In de afgelopen vijf jaar, via een project genaamd VOLCAPSE, ze hebben innovatieve technieken gebruikt om lavakoepels te bewaken met behulp van radargegevens met hoge resolutie die zijn vastgelegd door satellieten en close-upbeelden van camera's die in de buurt van vulkanen zijn opgesteld.

"Pixel voor pixel, konden we bepalen hoe de vorm, morfologie en structuur van deze lavakoepels veranderd, " zei prof. Walter. "We vergeleken (de webcambeelden) met satellietradarwaarnemingen."

Tijdsverloop

Het project richtte zich op enkele vulkanen die koepels bouwen, zoals Colima in Mexico, Mount Merapi in Indonesië, Bezymianny in Rusland, en Mount Lascar en Lastarria in Chili. Het ging deels om het bezoeken van hen en het installeren van instrumenten zoals time-lapse-camera's aangedreven door zonnepanelen die op afstand konden worden bestuurd. Als zich een lavakoepel begon te vormen, bijvoorbeeld, het team kon de instellingen aanpassen zodat het vaker beelden met een hogere resolutie vastlegde.

Door grote hoogten en barre weersomstandigheden, het opzetten van de camera's was uitdagender dan verwacht. "Het was een scherpe leercurve, maar ook vallen en opstaan, omdat niemand ons kon vertellen wat we konden verwachten bij deze vulkanen, omdat het nog nooit eerder was gedaan, " zei prof. Walter.

Tijdens hun bezoeken, het team gebruikte ook drones. Deze zouden over een lavakoepel vliegen en beelden met hoge resolutie vastleggen vanuit verschillende perspectieven, waarmee gedetailleerde 3D-modellen kunnen worden gemaakt. Temperatuur- en gassensoren op de drones gaven aanvullende informatie.

Prof. Walter en zijn collega's gebruikten de gegevens om computersimulaties te maken, zoals hoe de groei van lavakoepels verandert van uitbarsting tot uitbarsting. Ze ontdekten dat nieuwe lavakoepels zich niet altijd op dezelfde locatie vormen:tijdens de ene uitbarsting kan zich een lavakoepel vormen op de top van een vulkaan, terwijl deze de volgende keer op een van zijn flanken wordt opgebouwd. Het team was verbaasd, aangezien een leiding in een vulkaan magma naar de oppervlakte brengt tijdens een uitbarsting, wat zou betekenen dat het zijn oriëntatie verandert tussen de ene uitbarsting en de volgende. "Dat was voor ons heel verrassend, " zei prof. Walter.

Spanningsveld

Ze konden uitleggen hoe dit gebeurt door de verdeling van interne krachten - of stressveld - in een vulkaan te onderzoeken. Wanneer magma wordt uitgestoten tijdens een uitbarsting, het verandert hoe de krachten binnenin worden verdeeld en veroorzaakt een heroriëntatie van de leiding.

Het team ontdekte ook dat er een systematisch patroon was in hoe het stressveld veranderde, wat betekent dat ze door het bestuderen van de positie van lavakoepels konden inschatten waar ze zich in het verleden hadden gevormd en waar ze in de toekomst zouden verschijnen. Dit kan helpen bepalen welke gebieden in de buurt van een vulkaan waarschijnlijk het meest worden getroffen door uitbarstingen die nog moeten komen.

"Dit is een heel cool resultaat voor voorspellend onderzoek als je wilt begrijpen waar de lavakoepel in de toekomst uit zal extruderen (of instorten), " hij zei.

Weten waar een vulkaan uitbarst, is één ding, maar weten wanneer dit zal gebeuren, is een andere zaak en de fysieke factoren die dit bepalen, worden ook niet goed begrepen. Hoewel er een verband bestaat tussen hoe vaak uitbarstingen voorkomen en hun grootte, met grote uitbarstingen die zeer zelden voorkomen in vergelijking met kleinere, een gebrek aan betrouwbare gegevens maakt het moeilijk om de processen te onderzoeken die de frequentie en omvang van de uitbarsting regelen.

"Als je teruggaat in het geologische record, (de sporen van) veel uitbarstingen verdwijnen door erosie, " zei professor Luca Caricchi, een professor in petrologie en vulkanologie aan de Universiteit van Genève in Zwitserland.

Verder, het is niet mogelijk om rechtstreeks toegang te krijgen tot deze processen omdat ze diep onder een vulkaan plaatsvinden, op een diepte van 5 tot 60 kilometer. Het meten van de chemie en texturen van magma dat tijdens een uitbarsting wordt verdreven, kan enkele aanwijzingen opleveren over de interne processen die tot de gebeurtenis hebben geleid. En magmakamers kunnen soms worden onderzocht wanneer ze door tektonische processen aan de oppervlakte van de aarde opduiken. Het extraheren van informatie uit specifieke tijdsperioden is echter nog steeds moeilijk, omdat het 'beeld' dat je krijgt is als een film waarin alle frames zijn samengevouwen tot één enkele opname. "Het is ingewikkeld om de evolutie in de tijd te achterhalen - wat er echt gebeurde tijdens de film, " zei prof. Caricchi.

Prof. Caricchi en zijn collega's gebruiken een nieuwe benadering om het herhalingspercentage van uitbarstingen te voorspellen. Eerdere voorspellingen waren meestal gebaseerd op statistische analyses van de geologische gegevens van een vulkaan. Maar via een project genaamd FEVER wil het team deze methode combineren met fysieke modellering van de processen die verantwoordelijk zijn voor de frequentie en omvang van uitbarstingen. Een vergelijkbare benadering is gebruikt om in te schatten wanneer aardbevingen en overstromingen zich weer zullen voordoen.

Het gebruik van fysieke modellen zou vooral nuttig moeten zijn om voorspellingen te doen voor vulkanen waarover weinig gegevens beschikbaar zijn. "Om onze bevindingen te extrapoleren van een plek waar we veel weten, zoals in Japan, je hebt een fysiek model nodig dat je vertelt waarom de frequentie-magnitude relatie verandert, " zei prof. Caricchi.

Om hun model te maken, het team heeft variabelen opgenomen die de druk in het magmareservoir of de snelheid van accumulatie van magma op diepte onder de vulkaan beïnvloeden. De viscositeit van de korst onder de vulkaan en de grootte van het magmareservoir, bijvoorbeeld, een rol spelen. Ze hebben meer dan een miljoen simulaties uitgevoerd met alle mogelijke combinaties van waarden die kunnen optreden. De relatie tussen frequentie en omvang die ze uit hun model verkregen, was vergelijkbaar met wat werd geschat met behulp van vulkanische records, zodat ze denken dat ze in staat waren om de fundamentele processen vast te leggen.

"Het is een soort strijd tussen de hoeveelheid magma en de eigenschappen van de korst, " zei prof. Caricchi. "Het zijn de twee grote spelers die met elkaar vechten om uiteindelijk tot deze relatie te leiden."

Tektonische platen

Echter, het team ontdekte ook dat de relatie tussen de grootte en frequentie van veranderingen over vulkanen in verschillende regio's. Prof. Caricchi denkt dat dit komt door verschillen in de geometrie van tektonische platen in elk gebied. "We kunnen zien dat de snelheid waarmee een plaat onder een andere zakt, en ook de hoek van subductie, een belangrijke rol lijken te spelen bij het bepalen van de frequentie en omvang van een resulterende uitbarsting, " zei hij. Het team begint deze nieuwe informatie nu in hun model op te nemen.

Het kunnen voorspellen van de frequentie en omvang van toekomstige uitbarstingen met behulp van een model kan helpen om gevaren beter te beoordelen. In Japan, bijvoorbeeld, een van de landen met de meest actieve vulkanen, het kennen van de waarschijnlijkheid van toekomstige uitbarstingen van verschillende groottes is belangrijk bij de beslissing waar infrastructuur, zoals kerncentrales, moet worden gebouwd.

Het is ook van onschatbare waarde in dichtbevolkte gebieden, zoals in Mexico-Stad, die wordt omringd door actieve vulkanen, waaronder Nevado de Toluca. Prof. Caricchi en zijn collega's bestudeerden deze vulkaan, die al ongeveer 3 jaar niet is uitgebarsten, 000 jaar. Ze ontdekten dat zodra de magmatische activiteit opnieuw begint, het zou ongeveer 10 jaar duren voordat er mogelijk een grote uitbarsting zou kunnen plaatsvinden. Deze kennis zou voorkomen dat Mexico-Stad wordt geëvacueerd als de eerste tekenen van activiteit worden opgemerkt.

"Zodra de activiteit opnieuw begint, je weet dat je tien jaar hebt om de evolutie van de situatie te volgen, " zei prof. Caricchi. '(Mensen) zullen nu iets meer weten over wat ze kunnen verwachten."