Aardverschuivingen veroorzaakt door het instorten van onstabiele vulkanen zijn een van de grootste gevaren van vulkaanuitbarstingen. Een methode om langetermijnbewegingen van deze bergen te detecteren met behulp van satellietbeelden, zou kunnen helpen bij het identificeren van eerder over het hoofd geziene instabiliteit bij sommige vulkanen, volgens wetenschappers van Penn State.

"Telkens als er een grote vulkaanuitbarsting is, er een kans is dat als een flank van de vulkaan instabiel is, er een instorting kan zijn, " zei Judit Gonzalez-Santana, een doctoraatsstudent bij de afdeling Geowetenschappen. "Om dit gevaar beter te onderzoeken, we hebben een steeds populairdere en gevoeligere tijdreeksmethode toegepast om naar deze bewegingen te kijken, of oppervlaktevervorming, over langere perioden."

Met behulp van de tijdreekstechniek de wetenschappers ontdekten dat oppervlaktevervorming gerelateerd aan flankbeweging had plaatsgevonden in Pacaya, een actieve vulkaan in Guatemala, van 2011 tot 2013 toen de vulkaan grotendeels stil was, en nam toe in de aanloop naar een uitbarsting in 2014. Eerder werk had gedurende deze tijd geen flankbeweging geïdentificeerd, zeiden de wetenschappers.

"Mensen hebben naar die vulkaan gekeken met teledetectie via satelliet, maar hebben deze langdurige flankbeweging of kruip niet gedetecteerd, " zei Christelle Wauthier, universitair hoofddocent geowetenschappen. "Omdat de oppervlaktevervormingsveranderingen per jaar vrij klein zijn, het kan gemakkelijk onder de detectielimieten van conventionele methoden liggen, maar nog steeds binnen de grenzen van Judit's werk met behulp van een tijdreeksbenadering."

Wetenschappers volgen oppervlaktevervorming met behulp van radarsatellieten die gevoelig genoeg zijn om veranderingen van slechts enkele centimeters op de grond te detecteren. Door twee van deze beelden te vergelijken met behulp van de conventionele Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)-techniek, ontstaat een interferogram, in wezen een kaart van oppervlaktebeweging. Maar de kwaliteit van de InSAR-resultaten neemt af met de tijd die twee afbeeldingen scheiden en kan worden beïnvloed door zelfs kleine veranderingen, zoals door vegetatiegroei of een opeenhoping van as die uit een vulkaan wordt gespuwd, zeiden de wetenschappers.

Het team voerde in plaats daarvan een InSAR-tijdreeksanalyse uit met behulp van honderden satellietbeelden die in de loop van de jaren zijn gemaakt en de vervorming van het oppervlak tussen elk ervan identificeerde.

"Je kunt veel van deze kortetermijnkaarten voor oppervlaktebewegingen gebruiken om je informatie te geven over oppervlakteverplaatsing over een lange tijdsperiode, "Zei Gonzalez-Santana. "Dan kun je naar de oppervlaktevervormingskaarten kijken en zien hoeveel elke pixel is bewogen sinds de datum waarop het eerste beeld werd verkregen, bijvoorbeeld."

De resultaten, gepubliceerd in de Journal of Volcanology and Geothermal Research , zorgen voor fijnere details van vulkanische flankbeweging, en kan stijgingen in de snelheid waarmee kruip optreedt aan het licht brengen, zoals bij Pacaya voor de uitbarsting in 2014, zeiden de wetenschappers. Het team heeft de resultaten gedeeld met functionarissen in Guatemala die de vulkaan in de gaten houden.

"Dit soort kruip is niet ongewoon en op zichzelf niet bijzonder gevaarlijk, maar als je extra krachten hebt, zoals van magma dat onder druk wordt gezet en tegen de wand van de kamer duwt of binnendringt, het kan een catastrofale ineenstorting veroorzaken, "Zei Wauthier. "Om het gedrag van de instabiliteit te kunnen begrijpen en mogelijk veranderingen in bewegingssnelheden te detecteren, is het van cruciaal belang om die potentiële ineenstorting te volgen."

De methode is veelbelovend voor het identificeren van vervorming, met name bij vulkanen die geen dure realtime monitoringnetwerken hebben en die in tropische gebieden met dichte vegetatie die problemen veroorzaken voor traditionele InSAR, zeiden de wetenschappers.

Flankinstabiliteit wordt vaak bestudeerd bij oceanische vulkanen, waar een ineenstorting een dodelijke tsunami kan veroorzaken, volgens de wetenschappers. Maar instortingen gebeuren ook in het binnenland, waaronder prominent op Mount St. Helens in 1980.

Pacaya zelf beleefde een ineenstorting ergens rond 1 000 jaar geleden, het creëren van een puinlawine die meer dan 15 mijl heeft afgelegd, en laat een prominent litteken achter op de vulkaan. Daaropvolgende uitbarstingen hebben de vulkaan weer opgebouwd en hij zou op een dag weer kunnen instorten, zeiden de wetenschappers.

"Meer dan 10, 000 mensen wonen binnen ongeveer drie mijl van de vulkaan, "Zei Gonzalez-Santana. "Als je rekening houdt met de laatste lawine die 15 mijl verderop is afgelegd, iedereen die in de valleien rond de vulkaan woont, loopt gevaar."