Rapport identificerer store udfordringer for bedre at forberede sig på vulkanudbrud

På trods af bred forståelse af vulkaner, vores evne til at forudsige timingen, varighed, type, størrelse, og konsekvenserne af vulkanudbrud er begrænsede, siger en ny rapport fra National Academies of Sciences, Ingeniørarbejde, og medicin. For at forbedre udbrudsprognoser og advarsler for at redde liv, rapporten identificerer forskningsprioriteter for bedre overvågning af vulkanudbrud og tre store udfordringer, som vulkanvidenskabssamfundet står over for.

Vulkanovervågning er afgørende for at forudsige udbrud og mindske risici for deres farer. Imidlertid, få vulkaner er tilstrækkeligt observeret, og mange overvåges slet ikke. For eksempel, færre end halvdelen af ​​de 169 potentielt aktive vulkaner i USA har nogle seismometre - et instrument til at detektere små jordskælv, der signalerer underjordiske magmabevægelser. Og kun tre har kontinuerlige gasmålinger, som er afgørende, fordi sammensætningen og mængden af ​​opløste gasser i magma driver udbrud. Forbedret overvågning kombineret med fremskridt inden for eksperimentelle og matematiske modeller af vulkanske processer kan forbedre forståelsen og forudsigelsen af ​​udbrud, siger rapporten.

Udvalget, der udførte undersøgelsen og skrev rapporten, fremhævede også behovet for satellitmålinger af jorddeformation og gasemissioner, drone observationer, avanceret seismisk overvågning, og real-time højhastighedsopsamling af data under udbrud. Nye tilgange i analytiske evner til at dechifrere magmahistorie, og konceptuelle og eksperimentelle modeller af magmatiske og vulkanske fænomener, vil give ny indsigt i de processer, der forklarer, hvordan magma dannes og bryder ud.

"Der har været store forbedringer i konceptuelle modeller af vulkanske fænomener, sammenlignet med dem, der blev brugt for et par årtier siden, men det vulkanvidenskabelige samfund er endnu ikke tilstrækkeligt forberedt til det næste store udbrud, sagde Michael Manga, professor i afdelingen for jord- og planetvidenskab ved University of California, Berkeley, og formand for udvalget. "Der er grundlæggende udfordringer, som skal løses og kræver en vedvarende indsats fra tværs af discipliner. Ved at arbejde hen imod disse store udfordringer, vulkanvidenskabssamfundet kan hjælpe med at kvantificere den globale effekt af udbrud og afbøde farer, i sidste ende gavner millioner af mennesker, der bor i vulkansk aktive områder."

Udvalget skitserede flere nøglespørgsmål og forskningsprioriteter inden for områder som de processer, der flytter og opbevarer magma under vulkaner; hvordan udbrud begynder, udvikle sig, og afslutte; hvordan en vulkan går i udbrud; forudsigelse af udbrud; landskabernes reaktion, oceaner, og atmosfæren til vulkanudbrud; og vulkanernes reaktion på ændringer på Jordens overflade.

Baseret på disse forskningsprioriteter, udvalget identificerede tre overordnede store udfordringer for at fremme vulkanvidenskab og overvågning:

Forudsigelse af størrelsen, varighed, og fare for udbrud ved at integrere observationer med modeller

Aktuelle prognoser er baseret på genkendelse af mønstre i overvågningsdata. Disse tilgange har haft blandet succes, fordi overvågningsdata ikke fanger vulkanernes mangfoldighed eller deres udvikling over tid. En tilgang baseret på modeller for fysiske og kemiske processer, informeret af overvågningsdata, som man gør i vejrudsigten, kunne forbedre nøjagtigheden af ​​udbrudsprognoser. En sådan tilgang kræver integration af data og metoder fra flere discipliner, siger rapporten.

Kvantificering af vulkaners livscyklusser og overvindelse af vores nuværende forudindtaget forståelse

Den nuværende forståelse af en vulkans livscyklus er skæv, fordi kun et lille antal vulkaner studeres. Udvidet overvågning fra jorden, hav, og rummet kan overvinde nogle af disse observationsfordomme, siger rapporten. Udvidelse og vedligeholdelse af overvågningskapaciteter og støtte til infrastrukturen for at gøre historiske data og overvågningsdata tilgængelige er afgørende for at fremme forståelsen af ​​vulkanske processer og vurdere vulkanske farer. Udvalget bemærkede, at nye teknologier såsom billige sensorer, droner, og nye mikroanalytiske geokemiske metoder er lovende værktøjer til at give ny indsigt i vulkansk aktivitet.

Opbygning af et koordineret vulkanvidenskabsfællesskab

Tæt på 100 vulkaner går i udbrud et sted på Jorden hvert år. Styrkelse af tværfaglig forskning, nationale og internationale forsknings- og overvågningspartnerskaber, og uddannelsesnetværk kan hjælpe forskersamfundet med at maksimere de videnskabelige fremskridt, der er resultatet af undersøgelsen af ​​udbrud rundt om i verden, sagde udvalget.

Rapporten nævner det igangværende udbrud ved vulkanen Bogoslof i Alaska som et eksempel, der fremhæver disse tre udfordringer. En fjernbetjening, oprindeligt ubådsvulkan i Aleutian Island-buen, udbruddet startede i slutningen af ​​december 2016, og aktiviteten har været fortsat fra februar 2017. På kun en måned, vulkanen producerede adskillige eksplosioner med 20 fjer, 000-35, 000 fod, udgør en betydelig fare for luftfarten i det nordlige Stillehav. U.S. Geological Survey Alaska Volcano Observatory (AVO) har været afhængig af fjerne seismometre, satellitdata, infralyd, og lyndetektion for at overvåge aktiviteten, fordi der ikke er jordbaserede instrumenter på vulkanen. Udvalget sagde, at AVO kun har været i stand til at give tidlig advarsel for nogle af disse farlige hændelser. Dette udbrud understreger også den begrænsede forståelse af magmaudbrud. I mere end 20 diskrete begivenheder, den nye vulkan har omformet sine kyster gentagne gange, giver øjebliksbilleder af vulkan-landskab interaktioner.