Wetenschap
Nieuw onderzoek toont aan dat de Kīlauea-vulkaan in 2018 als een stompraket uitbarstte
Geen twee vulkaanuitbarstingen zijn precies hetzelfde, maar wetenschappers denken dat een reeks explosieve uitbarstingen bij de Kīlauea-vulkaan in een geheel nieuwe categorie past.
Door de dynamiek van twaalf opeenvolgende explosies uit 2018 te analyseren, beschrijven onderzoekers een nieuw type vulkaanuitbarstingsmechanisme. De explosies werden veroorzaakt door plotselinge drukverhogingen toen de grond instortte, waardoor pluimen van rotsfragmenten en heet gas de lucht in schoten, net als een klassiek speelgoedstompraket.
Onderzoekers van de Universiteit van Oregon, de United States Geological Survey en de Chinese Sichuan Universiteit rapporteren hun bevindingen in een artikel dat op 27 mei is gepubliceerd in Nature Geoscience .
De specifieke reeks explosies op de top van Kīlauea maakte deel uit van een reeks gebeurtenissen, waaronder lavastromen die van lager op de flank van de vulkaan uitbarsten. Die lavastromen verwoestten maandenlang duizenden huizen en ontheemden op het eiland Hawaï.
Door precies te begrijpen wat er is gebeurd bij vulkaanuitbarstingen in het verleden, in de volksmond 'hindcasting' genoemd, kunnen vulkanologen betere voorspellingen doen over toekomstige uitbarstingen en nauwkeurigere waarschuwingen geven aan mensen die zich op het pad van een uitbarsting bevinden.
Volgens Josh Crozier, die dit onderzoek deed als promovendus aan de UO, worden explosieve vulkaanuitbarstingen voor het grootste deel voornamelijk veroorzaakt door opstijgend magma, verdampt grondwater of een combinatie daarvan. Maar deze uitbarstingen pasten niet helemaal in het plaatje.
"Deze uitbarstingen zijn behoorlijk interessant omdat ze niet echt met een van beide te maken lijken te hebben," zei Crozier. "Het uitbarstende materiaal bevatte heel weinig dat leek op vers magma dat werd uitgestoten, maar er is ook geen bewijs dat er veel grondwater bij betrokken was."
Het Hawaiian Volcano Observatory, onderdeel van de US Geological Survey, houdt Kīlauea nauwlettend in de gaten. De vulkaan is bedekt met wetenschappelijke instrumenten, van grondsensoren die het schudden van de aarde meten tot gereedschappen die de gassen analyseren die vrijkomen uit de vulkaan.
"Het leuke aan deze uitbarstingen is dat er een aantal opeenvolgend waren die opmerkelijk veel op elkaar leken; dat is relatief ongebruikelijk", zegt Leif Karlstrom, een vulkanoloog bij de UO. "Normaal gesproken vinden vulkaanuitbarstingen niet zo vaak plaats."
Het team beschikte dus over meer gegevens dan normaal om mee te werken en kon dieper ingaan op de specifieke dynamiek van de uitbarstingen.
Door al die gegevens in verschillende atmosferische en ondergrondse modellen te stoppen, hebben de wetenschappers een nieuw verhaal samengesteld over wat er op Kīlauea gebeurde tijdens de reeks gebeurtenissen in 2018.
Vóór elke explosie op de top stroomde magma langzaam uit een ondergronds reservoir. (Dit magma voedde lavastromen 40 kilometer verderop, op de oostelijke flank van de vulkaan.) Toen het reservoir leegraakte, stortte de grond erboven (de krater in de caldera op de top van de vulkaan) plotseling in.
Daardoor steeg de druk in het reservoir snel. En omdat zich bovenaan dit reservoir een zak met opgehoopt magmatisch gas bevond, perste de drukstijging het magmatische gas en de stukjes puin door een leiding en blies ze uit een ventilatieopening in de krater van Kīlauea.
De onderzoekers vergelijken de uitbarstingsdynamiek met een stomp-raket, waarbij het stappen op een airbag die is verbonden met een slang een projectiel de lucht in schiet.
"De 'stomp' is een stuk rots van een kilometer dik dat naar beneden valt, de zak onder druk zet en vervolgens het materiaal rechtstreeks omhoog duwt," zei Crozier. "En de 'raket' is natuurlijk het gas en de rotsen die uit de vulkaan barsten."
Het instorten van caldera komt vrij vaak voor, merkt Crozier op. Dus hoewel dit de eerste keer is dat wetenschappers dit specifieke stomp-raketmechanisme specifiek hebben beschreven, is het waarschijnlijk niet de enige keer dat dit voorkomt.
Het onderzoek kon geofysische waarnemingen koppelen aan de eigenschappen van de vulkanische pluim in de atmosfeer.
"Dit verband is zeer zeldzaam", zegt Joe Dufek, een vulkanoloog bij de UO. "Het wijst op nieuwe manieren waarop we uitbarstingen kunnen observeren en sensormetingen kunnen combineren met computersimulaties om de gevaren van uitbarstingen beter in te schatten."
Het feit dat dit een reeks kleinere uitbarstingen was, heeft het misschien gemakkelijker gemaakt om het onderliggende mechanisme te zien, zei Dufek. Andere complexe processen overschaduwden de stomp-raketcomponent niet.
Maar dat wil niet zeggen dat Kīlauea eenvoudig is. Een typische tekening uit het leerboek van een vulkaan laat magma zien dat naar boven beweegt door kamers op verschillende diepten. Maar zo eenvoudig is het zelden, en een vulkaan als Kīlauea, uitgedost met wetenschappelijke instrumenten, biedt de mogelijkheid om in de details te duiken.
"Dit is een voorbeeld, en er zijn er steeds meer, waarbij de routes van magma-opstijging geometrisch complex zijn", zei Karlstrom. "Het geeft ons een veel genuanceerder beeld van hoe vulkanische leidingsystemen eruit zien."