Hoewel er veelbetekenende tekenen zijn dat er in de nabije toekomst waarschijnlijk een vulkaan zal uitbarsten - een toename van de seismische activiteit, veranderingen in de uitstoot van gassen, en plotselinge grondvervorming, het nauwkeurig voorspellen van dergelijke uitbarstingen is bijvoorbeeld notoir moeilijk.

Dit is, gedeeltelijk, omdat geen twee vulkanen zich op precies dezelfde manier gedragen en omdat maar weinig van de 1, Ongeveer 500 actieve vulkanen hebben monitoringsystemen. Onder de beste omstandigheden, wetenschappers kunnen een uitbarsting van een bewaakte vulkaan enkele dagen voordat deze plaatsvindt nauwkeurig voorspellen. Maar wat als we het maanden of zelfs jaren van tevoren wisten?

Met behulp van satellietgegevens, wetenschappers van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Zuid-Californië en de Universiteit van Alaska, Fairbanks heeft een nieuwe methode ontwikkeld die ons dichter bij die realiteit brengt. Het onderzoek is onlangs gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen .

"De nieuwe methodologie is gebaseerd op een subtiele maar significante toename van de warmte-emissies over grote delen van een vulkaan in de jaren voorafgaand aan de uitbarsting, " zei hoofdauteur Társilo Girona, voorheen van JPL en nu bij de University of Alaska, Fairbanks. "Het stelt ons in staat om te zien dat een vulkaan opnieuw is ontwaakt, vaak lang voordat een van de andere tekens is verschenen."

Het onderzoeksteam analyseerde 16 ½ jaar stralingswarmtegegevens van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) - instrumenten aan boord van NASA's Terra- en Aqua-satellieten - voor verschillende soorten vulkanen die in de afgelopen twee decennia zijn uitgebarsten. Ondanks de verschillen tussen de vulkanen, de resultaten waren uniform:in de jaren voorafgaand aan een uitbarsting, de temperatuur van het stralingsoppervlak over een groot deel van de vulkaan steeg met ongeveer 1 graad Celsius ten opzichte van zijn normale toestand. Het nam af na elke uitbarsting.

"We hebben het hier niet over hotspots, maar liever, de opwarming van grote delen van de vulkanen, "Zei co-auteur Paul Lundgren van JPL. "Dus het is waarschijnlijk gerelateerd aan fundamentele processen die diepgaand plaatsvinden."

Vooral, de wetenschappers geloven dat de warmtetoename het gevolg kan zijn van de interactie tussen magmareservoirs en hydrothermische systemen. Magma (gesmolten gesteente onder het aardoppervlak) bevat gassen en andere vloeistoffen. Als het door een vulkaan stijgt, de gassen diffunderen naar het oppervlak en kunnen warmte afgeven. evenzo, deze ontgassing kan de opwaartse stroming van ondergronds water en de verhoging van de grondwaterspiegel vergemakkelijken, evenals hydrothermische circulatie, die de bodemtemperatuur kunnen verhogen. Maar wetenschappers zeggen dat er ook andere processen in het spel kunnen zijn, omdat terwijl hun begrip van vulkaangedrag verbetert, het blijft beperkt.

"Vulkanen zijn als een doos gemengde chocolaatjes:ze kunnen er hetzelfde uitzien, maar van binnen is er veel variatie tussen hen en, soms, zelfs binnen dezelfde, " zei Lundgren. "Bovendien, slechts een paar vulkanen worden goed gecontroleerd, en enkele van de meest potentieel gevaarlijke vulkanen zijn het minst vaak uitbarstend, wat betekent dat je niet strikt kunt vertrouwen op historische gegevens."

Gegevens combineren

De nieuwe methode is op zichzelf al belangrijk, maar het kan zelfs nog meer inzicht geven in het gedrag van de vulkaan in combinatie met gegevens van modellen en andere satellieten.

In een studie gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten vorige zomer, Lundgren gebruikte interferometrische synthetische apertuurradar (InSAR) -gegevens om langdurige vervorming bij de Domuyo-vulkaan in Argentinië te analyseren. Destijds, wetenschappers wisten niet zeker of Domuyo een slapende of uitgedoofde vulkaan was, of dat het gewoon een berg was. Het onderzoek van Lundgren maakte dat snel duidelijk. Hij ontdekte onverwacht een periode van inflatie, dat is wanneer een deel van een vulkaan uitzet als een nieuwe massa magma omhoog beweegt en rots uit de weg duwt. Het blijkt dat Domuyo heel erg een vulkaan is - en een actieve.

Volgende, Lundgren vergeleek deze deformatietijdreeks met de thermische tijdreeks die Társilo Girona voor de Domuyo-vulkaan heeft gemaakt. Het doel van Lundgren:om te bepalen of de twee processen - een toename van zowel de temperatuur van het stralingsoppervlak over grote delen van de vulkaan als vervorming - met elkaar verbonden waren.

"We ontdekten dat de thermische tijdreeks de vervormingstijdreeks heel erg nabootste, maar met enige tijdsscheiding, "zei Lundgren. "Hoewel het onduidelijk blijft welk proces het eerst zal plaatsvinden, door de correlatie aan te tonen, we kunnen de processen verbinden door middel van op fysica gebaseerde interpretaties in plaats van simpelweg te vertrouwen op wat we aan de ondergrond kunnen waarnemen."

Met andere woorden, het combineren van de datasets levert aanwijzingen op over wat er dieper in de vulkaan gebeurt en hoe de verschillende processen elkaar beïnvloeden en op elkaar inwerken - gegevens die de nauwkeurigheid kunnen verbeteren van modellen die worden gebruikt om uitbarstingen te voorspellen.

"Hoewel het onderzoek niet alle vragen beantwoordt, het opent de deur naar nieuwe teledetectiebenaderingen - vooral voor verre vulkanen - die ons een aantal fundamentele inzichten zouden moeten geven in concurrerende hypothesen over hoe vulkanen zich in algemene dynamische termen gedragen over tijdschalen van enkele jaren tot decennia, " voegde Lundgren eraan toe.

Vooruit kijken

Vooruit gaan, de wetenschappers zullen de thermische tijdreeksmethode op meer vulkanen testen en de precisie ervan blijven verfijnen.

"Een van de doelen is om ooit een tool te hebben die bijna in realtime kan worden gebruikt om te controleren op vulkanische activiteit in vulkanische gebieden, " zei Girona. "Zelfs voor kleine uitbarstingen, er is bewijs van thermische onrust vóór het begin van de uitbarsting, dus de nieuwe methode helpt ons een beetje dichter bij dat doel te komen."

De gegevens helpen bij het aanvullen van bestaande tools die worden gebruikt bij bewaakte vulkanen. Maar ze vergroten ook sterk het aantal vulkanen waarvoor potentieel levensreddende gegevens beschikbaar kunnen worden gesteld.

"Door gebruik te maken van de nieuwe thermische methode die veranderingen in de oppervlaktetemperatuur rond vulkanen detecteert en de InSAR-metingen van grondoppervlakdeformatie, kunnen vulkaanobservatoria overal ter wereld bepalen welke vulkanen het meest waarschijnlijk uitbarsten en welke vulkanen moeten worden geïnstrumenteerd voor nauwkeurigere observaties, " zei Lundgren. "Bij het gebruik van satellietgegevens, je vergroot de reikwijdte van wat regelmatig kan worden gecontroleerd."

Wat betreft de eens grotendeels genegeerde Domuyo, het verhaal evolueert nog steeds:het is een van de vele vulkanen die recentelijk door de Argentijnse regering prioriteit hebben gekregen om te worden uitgerust met een monitoringsysteem.