Forskere løfter sløret for en ny teknik til forudsigelse af vulkanudbrud

Vulkanudbrud og deres askeskyer udgør en betydelig fare for befolkningscentre og flyrejser, især dem, der viser få eller ingen tegn på uro på forhånd. Geologer bruger nu en teknik, der traditionelt bruges i vejr- og klimaprognoser, til at udvikle nye udbrudsprognosemodeller. Ved at teste om modellerne er i stand til at fange sandsynligheden for tidligere udbrud, forskerne gør fremskridt i videnskaben om vulkansk prognose.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve , undersøgte udbrudshistorien for Okmok-vulkanen i Alaska. I 2008 et stort udbrud frembragte en askefane, der strakte sig cirka 1,6 km op i himlen over Aleuterne - hvilket udgør en betydelig fare for flymotorer langs en rute, der transporterer omkring 50, 000 mennesker mellem Asien og Nordamerika hver dag, sagde forskerne.

"Udbruddet i Okmok i 2008 kom som en smule overraskelse, " sagde University of Illinois kandidatstuderende og hovedforfatter Jack Albright. "Efter et udbrud, der fandt sted i 1997, der var perioder med lidt uro, men meget lidt seismicitet eller andre udbrudsforstadier. For at udvikle bedre prognoser, det er afgørende at forstå vulkanudbrud, der afviger fra normen."

Geologer forudsiger typisk udbrud ved at lede efter etablerede mønstre af uroligheder før udbrud, såsom jordskælvsaktivitet, jordsvulmning og gasudslip, sagde forskerne. Vulkaner som Okmok, imidlertid, synes ikke at følge disse etablerede mønstre.

At bygge og teste nye modeller, holdet brugte en statistisk dataanalyseteknik udviklet efter Anden Verdenskrig kaldet Kalman-filtrering.

"Versionen af ​​Kalman-filtrering, som vi brugte til vores undersøgelse, blev opdateret i 1996 og er fortsat blevet brugt i vejr- og klimaudsigter, samt fysisk oceanografi, " sagde geologiprofessor Patricia Gregg, en medforfatter til undersøgelsen, der omfattede samarbejdspartnere fra Southern Methodist University og Michigan State University. "Vi er den første gruppe til at bruge den opdaterede metode i vulkanologi, imidlertid, og det viser sig, at denne teknik fungerer godt for den unikke uro, der førte op til Okmoks udbrud i 2008."

En af disse unikke egenskaber er manglen på øget seismicitet før udbruddet, sagde forskerne. I en typisk preeruption-sekvens, det antages, at reservoiret under vulkanen forbliver samme størrelse, da det fyldes med magma og varme gasser. Denne fyldning får trykket i kammeret til at stige og de omgivende klipper revner og bevæger sig, forårsager jordskælv.

"I 2008-udbruddet, det ser ud til, at magmakammeret voksede sig større for at imødekomme det stigende tryk, så vi så ikke den forløber seismiske aktivitet, vi ville forvente, " sagde Albright. "Ved at se tilbage i tiden med vores modeller, eller hindcasting, vi kan nu observere er, at stress havde opbygget sig i klipperne omkring kammeret i uger, og væksten af ​​magmasystemet førte i sidste ende til dets fiasko og udbrud."

Denne type baglæns og fremadgående modellering giver forskere mulighed for at se et vulkansk system udvikle sig over tid. "Mens vi stoppede vores analyse efter udbruddet i 2008, vi er nu i stand til at udbrede denne nye model frem i tiden, bringe det til i dag, og forudsige, hvor Okmok-vulkanen er på vej hen, " sagde Gregg.

Forskerne hævder, at disse modeller vil fortsætte med at finde andre mindre anerkendte udbrudsforstadier, men anerkend, at hver vulkan er forskellig, og at modellerne skal skræddersyes til at passe til hvert unikt system.