Analyserer vulkaner for at forudsige deres opvågnen

Hvad forårsager et udbrud? Hvorfor går nogle vulkaner i udbrud regelmæssigt, mens andre forbliver i dvale i tusinder af år? Et hold af geologer og geofysikere, ledet af universitetet i Genève (UNIGE), Schweiz, har gennemgået litteraturen om de indre og ydre mekanismer, der fører til et vulkanudbrud. Analyse af termomekanikken af ​​dybe vulkanske processer og magmaudbredelse til overfladen, sammen med magmakemi, geologerne fastslog, at det meste af magmaen, der stiger fra dybden, faktisk ikke forårsager et vulkanudbrud. De viser også, at ældre vulkaner har tendens til at producere mindre hyppige, men større og farligere udbrud. Deres resultater, udgivet i Naturanmeldelser Jord og miljø , vil hjælpe med at forfine modeller af vulkanske processer for at reducere virkningen af ​​vulkanudbrud på de mere end 800 millioner mennesker, der bor i nærheden af ​​aktive vulkaner.

Vulkansk aktivitet er stadig svær at forudsige, selv når den overvåges nøje. Hvorfor brød Fuji-bjerget ikke ud efter det kraftige jordskælv i Tohoku, Japan? Hvorfor genererede udbruddet af Eyjafjallajökul så stor en mængde vulkansk aske? For at bestemme årsagerne til vulkanudbrud, geologer og geofysikere ledet af Luca Caricchi, professor ved Institut for Geovidenskab ved UNIGEs Naturvidenskabelige Fakultet, har taget den eksisterende litteratur op og analyseret alle de stadier, der går forud for et udbrud.

Magmaens vej fra jordens dybder

Magma er smeltet sten, der kommer fra ti kilometers dybde og stiger til jordens overflade. "Under sin rejse, magma kan blive fanget i reservoirer i jordskorpen, hvor det kan stagnere i tusinder af år og potentielt aldrig bryde ud, " forklarer Meredith Townsend, en forsker ved Department of Earth Sciences ved University of Oregon (U.S.). Specialiseret i termomekanisk modellering, den amerikanske forsker fokuserede på at beregne det tryk, der kræves for, at magmaet kan bryde klipperne omkring reservoiret op og stige til overfladen.

Eleonora Rivalta, en forsker ved Potsdam Research Center for Geosciences (Tyskland) og University of Bologna (Italien), studeret udbredelsen af ​​magma, når den stiger op til overfladen:"Hvis den er flydende nok, hvis den ikke indeholder for mange krystaller, magma kan stige meget hurtigt ved en slags selvkørende fracking, " fortsætter hun. Hvis magma krystalliserer mere end 50%, den bliver for tyktflydende, og dens march mod overfladen stopper. Magma kan også tage forskellige veje, lodret, vandret eller skråtstillet. Luca Caricchi har specialiseret sig i magmakemi, som giver vital information om magmaens tilstand før et vulkanudbrud opstår. "Kemien af ​​magma og de krystaller, den indeholder, giver vital information om rækkefølgen af ​​begivenheder, der fører til et vulkanudbrud, som er værdifuldt til bedre at fortolke overvågningssignalerne fra aktive vulkaner og forudse, om et udbrud kan forekomme, " forklarer den Genève-baserede forsker. Endelig, Atsuko Namiki, en forsker ved Graduate School of Environmental Studies ved Nagoya University (Japan), har analyseret de eksterne triggere af et udbrud, såsom jordskælv, tidevand eller regn:"Disse alene kan ikke forårsage et udbrud, magmaen skal være klar og afvente en trigger."

"For at et udbrud kan finde sted, flere betingelser skal være opfyldt samtidigt. Magma med mindre end 50% krystaller skal opbevares i et reservoir, " begynder Luca Caricchi. Så skal dette reservoir overtryks. Overtrykket kan være resultatet af interne fænomener såsom en fornyet injektion af magma eller udløsning af magmatiske gasser, eller det kan stige til kritiske værdier på grund af eksterne begivenheder såsom jordskælv. Endelig , når trykket er tilstrækkeligt til at magmaen begynder at stige, der er stadig mange forhindringer, der kan forhindre magmaen i at bryde ud.

Vulkanens alder som et primært kriterium

Denne omfattende analyse kaster lys over vulkanernes adfærd, der kan ændre sig i løbet af deres levetid. "Når en vulkan lige er begyndt at være aktiv, dens reservoir er ret lille (et par km ³ ) og den omkringliggende skorpe er relativt kold, hvilket fører til mange hyppige, men små og ret forudsigelige udbrud, " forklarer Luca Caricchi. Det er en anden historie med gamle vulkaner. "Deres reservoir er større, og klipperne omkring dem er varmere. Når ny magma injiceres, det genererer ikke meget overtryk, fordi klipperne omkring reservoiret deformeres og væksten fortsætter, " siger geologen. Som et eksempel begyndte Mt. St. Helens (USA) at bryde ud for 40.000 år siden (en tidsforskydning efter geologiske standarder), og dets sidste udbrud i 2008 var lille og ikke farligt. Tværtimod, Toba (Indonesien) begyndte at bryde eksplosivt ud for omkring 1,2 millioner år siden, og dets sidste udbrud for 74000 år siden var katastrofalt. Det ødelagde omgivelserne totalt og havde en indflydelse på det globale klima.

Til sidst, ophobning af store mængder magma vil føre til store udbrud. "I øvrigt, advarselsskiltene er meget vanskelige at opdage, fordi de høje temperaturer mindsker seismisk aktivitet, og interaktionen mellem gasser og magma ændrer deres sammensætning, gør det sværere at forstå, hvad der foregår nedenunder, " siger han. Jo højere mængden af ​​magma input, jo hurtigere "ælder" vulkanen.

At kende vulkanens alder, som kan dateres ved at analysere zirkonen i klipperne, giver geologer mulighed for at forstå vulkanernes livsfase. "Der er i øjeblikket 1, 500 aktive vulkaner, og omkring 50 af dem bryder ud hvert år. At vide, om befolkningen skal evakueres eller ej, er afgørende, og vi håber, at vores undersøgelse vil bidrage til at mindske virkningen af ​​vulkansk aktivitet på vores samfund, " fortsætter Luca Caricchi. "Forhåbentlig vil vores resultater blive testet på vulkaner, der er blevet grundigt undersøgt, som dem i Italien, USA og Japan, og overføres til andre vulkaner, for hvilke der er færre data, såsom i Indonesien eller Sydamerika."