Ny forskning viser, at Kīlauea-vulkanen brød ud som en stompraket i 2018

Ikke to vulkanudbrud er helt ens, men forskerne mener, at en række eksplosive udbrud ved vulkanen Kilauea passer ind i en helt ny kategori.

Ved at analysere dynamikken i 12 ryg-til-ryg eksplosioner, der skete i 2018, beskriver forskere en ny type vulkanudbrudsmekanisme. Eksplosionerne blev drevet af pludselige trykstigninger, efterhånden som jorden kollapsede, hvilket sprængte faner af stenfragmenter og varm gas i luften, ligesom et klassisk stomp-raketlegetøj.

Forskere fra University of Oregon, United States Geological Survey og Kinas Sichuan University rapporterer deres resultater i et papir offentliggjort 27. maj i Nature Geoscience .

Den særlige række af eksplosioner på toppen af ​​Kīlauea var en del af en række begivenheder, der omfattede lavastrømme, der brød ud fra lavere på vulkanens flanke. Disse lavastrømme ødelagde tusindvis af hjem og fordrevne beboere på øen Hawai'i i flere måneder.

At forstå præcis, hvad der skete i tidligere vulkanudbrud, i daglig tale kaldet "hindcasting", giver vulkanologer mulighed for at lave bedre prognoser om fremtidige udbrud og give mere præcise advarsler til folk på vej til et udbrud.

For det meste er eksplosive vulkanudbrud enten primært drevet af stigende magma, fordampet grundvand eller en kombination af de to, ifølge Josh Crozier, der lavede denne forskning som doktorand ved UO. Men disse udbrud passede ikke helt til skimmelsvampen.

"Disse udbrud er ret interessante, fordi de ikke rigtig ser ud til at involvere nogen af ​​dem," sagde Crozier. "Det eruptive materiale indeholdt meget lidt, der lignede frisk magma, der blev sprængt ud, men der er heller ingen beviser for, at der er væsentlig grundvand involveret."

Hawaiian Volcano Observatory, en del af U.S. Geological Survey, holder tæt øje med Kilauea. Vulkanen er dækket af videnskabelige instrumenter, lige fra jordsensorer, der måler jordens rystelser, til værktøjer, der analyserer de gasser, der frigives fra vulkanen.

"En cool ting ved disse udbrud er, at der var en masse af dem i rækkefølge, som var bemærkelsesværdigt ens; det er relativt usædvanligt," sagde Leif Karlstrom, en vulkanolog ved UO. "Vulkanudbrud sker typisk ikke med så meget regelmæssighed."

Så holdet havde flere data end normalt at arbejde med, og de kunne grave dybere ned i udbruddenes specifikke dynamik.

Ved at sætte alle disse data ind i en række atmosfæriske og underjordiske modeller, sammensatte forskerne en ny historie om, hvad der skete på Kīlauea under rækken af ​​begivenheder i 2018.

Før hver eksplosion på toppen drænede magma langsomt fra et underjordisk reservoir. (Denne magma brødføde lavastrømme 40 kilometer væk, på vulkanens østlige flanke.) Da reservoiret blev udtømt, kollapsede jorden over det – krateret i calderaen ved vulkanens topmøde – pludselig.

Det øgede hurtigt trykket i reservoiret. Og fordi der var en lomme af akkumuleret magmatisk gas i toppen af ​​dette reservoir, pressede trykstigningen den magmatiske gas og stumper af murbrokker gennem en ledning og sprængte dem ud af en udluftning i Kilaueas krater.

Forskerne sammenligner udbrudsdynamikken med et stomp-raketlegetøj, hvor man træder på en airbag forbundet til en slange, og sender et projektil op i luften.

"Stampen" er hele denne kilometertykke sten, der falder ned, sætter lommen under tryk og tvinger materialet direkte op," sagde Crozier. "Og 'raketten' er selvfølgelig gassen og stenene, der bryder ud fra vulkanen."

Calderakollaps er ret almindeligt, bemærker Crozier. Så selvom det er første gang, videnskabsmænd specifikt har præciseret denne specifikke stomp-raket-mekanisme, er det sandsynligvis ikke den eneste gang, det er sket.

Undersøgelsen var i stand til at forbinde geofysiske observationer med egenskaberne af vulkanfanen i atmosfæren.

"Dette link er meget sjældent," sagde Joe Dufek, en vulkanolog ved UO. "Det peger på nye måder, hvorpå vi kan observere udbrud og kombinere sensormålinger med computersimuleringer for bedre at vurdere farerne fra udbrud."

Det faktum, at dette var en række mindre udbrud, kan have gjort det lettere at se den underliggende mekanisme, sagde Dufek. Andre komplekse processer overskyggede ikke stomp-raket-komponenten.

Men dermed ikke sagt, at Kīlauea er enkel. En typisk lærebogstegning af en vulkan viser magma, der bevæger sig opad gennem kamre i forskellige dybder. Men det er sjældent så ligetil, og en vulkan som Kīlauea, pyntet med videnskabelige instrumenter, giver mulighed for at grave i detaljerne.

"Dette er et eksempel, og der er et stigende antal af disse, hvor veje for magma-opstigning er ret geometrisk komplekse," sagde Karlstrom. "Det giver os et meget mere nuanceret billede af, hvordan vulkanske VVS-systemer ser ud."

Flere oplysninger: Josh Crozier, eksplosive 2018-udbrud ved Kīlauea drevet af en kollaps-induceret stomp-raket-mekanisme, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01442-0. www.nature.com/articles/s41561-024-01442-0

Journaloplysninger: Naturgeovidenskab

Leveret af University of Oregon