Wat veroorzaakt een uitbarsting? Waarom barsten sommige vulkanen regelmatig uit, terwijl andere duizenden jaren inactief blijven? Een team van geologen en geofysici, geleid door de Universiteit van Genève (UNIGE), Zwitserland, heeft de literatuur beoordeeld over de interne en externe mechanismen die tot een vulkaanuitbarsting leiden. Analyse van de thermomechanica van diepe vulkanische processen en de voortplanting van magma naar de oppervlakte, samen met magmachemie, de geologen stelden vast dat het grootste deel van het uit de diepte opstijgende magma eigenlijk geen vulkaanuitbarsting veroorzaakt. Ze laten ook zien dat oudere vulkanen minder frequent produceren, maar grotere en gevaarlijkere uitbarstingen. Hun bevindingen, gepubliceerd in Natuurrecensies Aarde en Milieu , zal helpen bij het verfijnen van modellen van vulkanische processen om de impact van vulkaanuitbarstingen op de meer dan 800 miljoen mensen die in de buurt van actieve vulkanen leven te verminderen.

Vulkanische activiteit blijft moeilijk te voorspellen, zelfs als deze nauwkeurig wordt gevolgd. Waarom barstte de berg Fuji niet uit na de sterke aardbeving in Tohoku, Japan? Waarom heeft de uitbarsting van Eyjafjallajökul zo'n grote hoeveelheid vulkanische as gegenereerd? Om de oorzaken van vulkaanuitbarstingen te achterhalen, geologen en geofysici onder leiding van Luca Caricchi, professor aan het Departement Aardwetenschappen van de Faculteit Wetenschappen van de UNIGE, hebben de bestaande literatuur overgenomen en alle stadia die aan een uitbarsting voorafgaan geanalyseerd.

Het pad van magma uit de diepten van de aarde

Magma is gesmolten gesteente dat van tientallen kilometers diepte komt en naar het aardoppervlak stijgt. "Tijdens zijn reis, magma kan vast komen te zitten in reservoirs in de aardkorst, waar het duizenden jaren kan stagneren en mogelijk nooit zal uitbarsten, " legt Meredith Townsend uit, een onderzoeker bij de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Oregon (VS). Gespecialiseerd in thermomechanische modellering, de Amerikaanse onderzoeker richtte zich op het berekenen van de druk die het magma nodig heeft om de rotsen rond het reservoir te breken en naar de oppervlakte te stijgen.

Eleonora Rivalta, een onderzoeker aan het Potsdam Research Center for Geosciences (Duitsland) en de Universiteit van Bologna (Italië), bestudeerde de voortplanting van magma terwijl het naar de oppervlakte stijgt:"Als het vloeibaar genoeg is, dat wil zeggen als het niet te veel kristallen bevat, magma kan heel snel stijgen door een soort zelfrijdende fracking, " vervolgt ze. Als magma meer dan 50% kristalliseert, het wordt te stroperig en zijn mars naar de oppervlakte stopt. Magma kan ook verschillende wegen inslaan, verticaal, horizontaal of schuin. Luca Caricchi is gespecialiseerd in magmachemie, die essentiële informatie geeft over de toestand van het magma voordat een vulkaanuitbarsting plaatsvindt. "De chemie van magma en de kristallen die het bevat, verschaffen essentiële informatie over de opeenvolging van gebeurtenissen die leiden tot een vulkaanuitbarsting, wat waardevol is om de monitoringsignalen van actieve vulkanen beter te interpreteren en te anticiperen op of er een uitbarsting kan plaatsvinden, " legt de in Genève gevestigde onderzoeker uit. Tot slot, Atsuko Namiki, een onderzoeker aan de Graduate School of Environmental Studies aan de Nagoya University (Japan), heeft de externe triggers van een uitbarsting geanalyseerd, zoals aardbevingen, getijden of regen:"Deze alleen kunnen geen uitbarsting veroorzaken, het magma moet klaar zijn en wachten op een trigger."

"Om een ​​uitbarsting te laten plaatsvinden, aan meerdere voorwaarden tegelijk moet worden voldaan. Magma met minder dan 50% kristallen moet worden bewaard in een reservoir, " begint Luca Caricchi. Dan moet dit reservoir overdruk worden gebracht. De overdruk kan het gevolg zijn van interne fenomenen zoals een hernieuwde injectie van magma of het uitvloeien van magmatische gassen of kan tot kritische waarden stijgen door externe gebeurtenissen zoals aardbevingen. Tot slot , zodra de druk voldoende is om het magma te laten stijgen, er zijn nog steeds veel obstakels die kunnen voorkomen dat het magma uitbarst.

De leeftijd van de vulkaan als primair criterium

Deze uitgebreide analyse werpt een licht op het gedrag van vulkanen dat tijdens hun leven kan veranderen. "Als een vulkaan net actief begint te worden, het reservoir is vrij klein (enkele km ³ ) en de omringende korst is relatief koud, wat leidt tot veel frequente, maar kleine en nogal voorspelbare uitbarstingen, " legt Luca Caricchi uit. Het is een ander verhaal met oude vulkanen. "Hun reservoir is groter en de rotsen eromheen zijn heter. Wanneer nieuw magma wordt geïnjecteerd, het genereert niet veel overdruk omdat de rotsen rond het reservoir vervormen en de groei doorgaat, " zegt de geoloog. Als voorbeeld begon de uitbarsting van Mt. St. Helens (VS) 40.000 jaar geleden (een time-lapse volgens geologische normen) en de laatste uitbarsting in 2008 was klein en niet gevaarlijk. Integendeel, Toba (Indonesië) begon ongeveer 1,2 miljoen jaar geleden explosief uit te barsten en de laatste uitbarsting 74000 jaar geleden was catastrofaal. Het verwoestte de omgeving volledig en had een impact op het wereldwijde klimaat.

Eventueel, de accumulatie van grote hoeveelheden magma zal leiden tot grote uitbarstingen. "Bovendien, de waarschuwingssignalen zijn erg moeilijk te detecteren omdat de hoge temperaturen de seismische activiteit verminderen en de interactie tussen gassen en magma hun samenstelling wijzigt, waardoor het moeilijker wordt om te begrijpen wat er onder gebeurt, "zegt hij. Hoe hoger de invoersnelheid van magma, hoe sneller de vulkaan "veroudert".

De leeftijd van de vulkaan kennende, die kan worden gedateerd door de zirkoon in de rotsen te analyseren, stelt geologen in staat om de levensfase van de vulkanen te begrijpen. "Er zijn momenteel 1 500 actieve vulkanen, en ongeveer 50 van hen barsten elk jaar uit. Weten of we de bevolking al dan niet moeten evacueren, is cruciaal en we hopen dat onze studie zal bijdragen aan het verminderen van de impact van vulkanische activiteit op onze samenleving, " vervolgt Luca Caricchi. "Hopelijk zullen onze bevindingen worden getest op vulkanen die uitgebreid zijn bestudeerd, zoals die in Italië, VS en Japan, en overgebracht naar andere vulkanen waarvoor minder gegevens zijn, zoals in Indonesië of Zuid-Amerika."