Sådan genkender du, hvor en vulkan vil bryde ud

På TV, vulkanudbruddet skyder magma lige ud af toppen. Imidlertid, det er ikke så ualmindeligt, at magma bryder ud fra vulkanens flanke i stedet for dens top. Efter at have forladt det underjordiske magmakammer, magmaen tvinger sig vej sidelæns ved at sprække sten, nogle gange i snesevis af kilometer. Derefter, når det bryder jordens overflade, den danner en eller flere åbninger, hvorfra den løber ud, nogle gange eksplosivt. Det her, for eksempel, fandt sted ved Bardarbunga i Island i august 2014, og Kilauea på Hawaii i august 2018.

Det er en stor udfordring for vulkanologer at gætte, hvor magma er på vej hen, og hvor det vil bryde overfladen. Der bliver brugt mange kræfter på denne opgave, da det kunne minimere risikoen for landsbyer og byer, der er truet af udbrud. Nu, Eleonora Rivalta og hendes team fra GFZ German Research Center for Geosciences i Potsdam og institutionelle samarbejdspartnere har udtænkt en ny metode til at generere udluftningslokalitetsprognoser. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

"Tidligere metoder var baseret på statistikker over placeringen af ​​tidligere udbrud, " siger Eleonora Rivalta. "Vores metode kombinerer fysik og statistik:Vi beregner stierne for mindst modstand for stigende magma og tuner modellen baseret på statistik." Forskerne testede med succes den nye tilgang med data fra Campi Flegrei-calderaen i Italien, en af ​​jordens højest udsatte vulkaner.

Ventilationsåbninger, der åbnes ved flanken af ​​en vulkan, bruges ofte ved kun et udbrud. Alle vulkaner kan producere sådanne engangsåbninger, men nogle gør mere end andre. Deres flanker er punkteret af snesevis af åbninger, hvis justering markerer de steder, hvor underjordiske magmabaner har krydset Jordens overflade.

Ved calderaer, det er store kedellignende fordybninger, der dannes kort efter tømningen af ​​et magmakammer i et vulkanudbrud, ventilationsåbninger kan også åbne inde og på kanten. Det er fordi de mangler et topmøde til at fokusere på udbrud. "Calderaer ligner ofte en græsplæne dækket af muldvarpebakker, " siger GFZ's Eleonora Rivalta.

De fleste ventilationsåbninger ved calderaer har kun været brugt én gang. Det resulterende spredte, nogle gange truer tilsyneladende tilfældig rumlig udluftningsfordeling store områder, præsenterer en udfordring for vulkanologer, der tegner prognosekort for placeringen af ​​fremtidige udbrud. Sådanne kort er også nødvendige for nøjagtige prognoser af lava og pyroklastiske strømme eller udvidelsen af ​​askefaner.

Venteprognosekort har hidtil hovedsageligt været baseret på den rumlige fordeling af tidligere udluftninger:"Vulkanologer antager ofte, at vulkanen vil opføre sig, som den gjorde i fortiden, " siger Eleonora Rivalta. "Problemet er, at der ofte kun er nogle få snese af ventilationsåbninger synlige på vulkanoverfladen, da større udbrudsepisoder har en tendens til at dække eller udslette tidligere udbrudsmønstre. Derfor, så matematisk sofistikeret som proceduren kan være, sparsomme data fører til grove kort med store usikkerheder. I øvrigt, en vulkans dynamik kan ændre sig med tiden, så udluftningssteder vil flytte sig."

Succesfulde tests på Campi Flegrei

Rivalta, en uddannet fysiker, og et hold af geologer og statistikere brugte vulkanfysik til at forbedre prognoserne. "Vi anvender den mest opdaterede fysiske forståelse af, hvordan magma frakturer sten for at bevæge sig under jorden og kombinerer det med en statistisk procedure og viden om vulkanens struktur og historie. Vi tuner parametrene for den fysiske model, indtil de matcher tidligere eruptive mønstre . Derefter, vi har en arbejdsmodel og kan bruge den til at forudsige fremtidige udbrudssteder, " siger Eleonora Rivalta.

Den nye tilgang blev anvendt i det sydlige Italien på Campi Flegrei, en caldera tæt på Napoli, som har en befolkning på næsten en million. I den mere end ti kilometer brede caldera, omkring firs udluftninger har fodret eksplosive udbrud i de sidste 15, 000 år. Tilgangen klarer sig godt i retrospektive tests, der korrekt forudsiger placeringen af ​​ventilationsåbninger, der ikke blev brugt til at tune modellen, rapporterer forskerne.

"Den sværeste del var at formulere metoden på en måde, der fungerer for alle vulkaner og ikke kun én - at generalisere den, " Rivalta forklarer. "Vi vil nu udføre flere tests. Hvis vores metode også fungerer godt på andre vulkaner, det kan hjælpe med at planlægge arealanvendelse i vulkanske områder og forudsige placeringen af ​​fremtidige udbrud med en højere sikkerhed end tidligere muligt."