Ondanks alle technische vooruitgang is het voorspellen van vulkaanuitbarstingen nog steeds moeilijk. Wetenschappers kunnen signalen zoals stijgende druk binnenin, stijgende gassen en waterdamp interpreteren. Maar van tevoren weten wanneer een vulkaan uitbarst, is eigenlijk niet te doen. Zelfs voor vulkanen die nauwlettend in het oog worden gehouden.
Geologen en geofysici onder leiding van Luca Caricchi, hoogleraar geowetenschappen aan de faculteit natuurwetenschappen van de Zwitserse universiteit UNIGE, hebben nu precies bestudeerd wat een uitbarsting veroorzaakt. Zij wilden onder meer een antwoord vinden op de vraag waarom sommige vulkanen regelmatig uitbarsten terwijl andere millennia lang inactief blijven.
Magma alleen is niet genoeg
De onderzoekers bestudeerden de thermomechanica van vulkanische processen op diepte en van de magmaverspreiding naar de oppervlakte. Het bleek dat het meeste magma dat uit de diepte opstijgt, niet tot een vulkaanuitbarsting leidt. De wetenschappers ontdekten ook dat oudere vulkanen minder vaak uitbarsten. Maar als dat gebeurt is het van een veel grotere omvang en ook veel gevaarlijker.
“Tijdens zijn reis kan magma vast komen te zitten in reservoirs in de aardkorst, waar het duizenden jaren kan stagneren en misschien nooit zal uitbarsten”, legt Meredith Townsend uit, een onderzoeker bij het departement Aardwetenschappen van de Universiteit van Oregon. Zij concentreerde zich op de berekening van de druk die nodig is om het magma naar de oppervlakte te laten stijgen.
Eleonora Rivalta, een onderzoekster aan het Potsdam Onderzoekscentrum voor Geowetenschappen en de Universiteit van Bologna, bestudeerde de verspreiding van magma als het naar de oppervlakte stijgt. “Als het vloeibaar genoeg is -wat betekent dat het niet te veel kristallen bevat- kan magma heel snel opstijgen,” zegt ze. Maar als het magma voor meer dan 50 procent zou kristalliseren, kan het te stroperig worden. Dan stopt de reis naar de oppervlakte. Bovendien kan het magma verschillende paden nemen. Verticaal, horizontaal of hellend, legt Luca Caricchi uit. Zijn specialiteit is magma-chemie. Het verschaft belangrijke informatie over de toestand van het magma vóór een vulkaanuitbarsting.
Bewakingssignalen interpreteren
“De chemie van magma en de kristallen die het bevat, levert belangrijke informatie op over de opeenvolging van gebeurtenissen die leiden tot een vulkaanuitbarsting, wat waardevol is om de bewakingssignalen van actieve vulkanen beter te interpreteren en te anticiperen op de vraag of er een uitbarsting kan plaatsvinden.”
De Japanse Atsuko Namiki, een onderzoekster aan de Graduate School of Environmental Studies van de Universiteit van Nagoya, maakte deel uit van het team dat verantwoordelijk was voor de analyse van externe triggers van een uitbarsting, zoals aardbevingen, getijden of regen. “Deze alleen kunnen geen uitbarsting veroorzaken. Het magma moet klaar zijn en wachten op een aanleiding.” Om een uitbarsting te laten plaatsvinden, moet aan verschillende voorwaarden tegelijk worden voldaan, aldus Luca Caricchi. Magma met minder dan 50 procent kristallen moet worden opgeslagen in een reservoir, dat op zijn beurt een overdruk moet hebben. Deze overdruk kan bijvoorbeeld ontstaan door aardbevingen of door een verdere instroom van magma. Maar zelfs als deze druk stijgt tot het punt waar het magma kan stijgen, is het niet zeker dat er een uitbarsting komt.
Leeftijd van vulkaan van belang
De analyse van de onderzoekers laat zien hoe vulkanen in de loop van de tijd kunnen veranderen. “Wanneer een vulkaan net actief begint te worden, is zijn reservoir vrij klein en is de omringende korst relatief koud. Dat leidt tot veel frequente maar kleine en tamelijk voorspelbare uitbarstingen”, legt Luca Caricchi uit. In oude vulkanen, zegt hij, is het reservoir groter en het omringende gesteente heter. “Wanneer nieuw magma wordt geïnjecteerd, creëert dit niet veel overdruk omdat de rotsen rond het reservoir vervormen en de groei doorgaat”, aldus de geoloog.
Als voorbeeld noemt hij Mt. St. Helens, die 40.000 jaar geleden voor het eerst uitbarstte. De laatste uitbarsting in 2008 was klein en niet gevaarlijk. Toba in Indonesië is heel anders. Ongeveer 1,2 miljoen jaar geleden barstte deze vulkaan voor het eerst uit met een enorme explosie. De laatste uitbarsting 74.000 jaar geleden was catastrofaal. In die tijd werd het hele gebied rond de vulkaan volledig verwoest. De uitbarsting had een wereldwijde impact op het klimaat.
Uiteindelijk zal een opeenhoping van grote hoeveelheden magma echter tot grote uitbarstingen leiden, aldus Caricchi. “Ook zijn de waarschuwingssignalen zeer moeilijk op te sporen omdat de hoge temperaturen de seismische activiteit verminderen en de interactie tussen gassen en magma de samenstelling ervan verandert.” Dat maakt het moeilijker om te begrijpen wat er daaronder gebeurt. Hoe meer magma zich ophoopt, hoe sneller de vulkaan veroudert, zegt hij.
1500 actieve vulkanen
De leeftijd van een vulkaan kan worden bepaald door het zirkoon in het gesteente te analyseren. Geologen kunnen begrijpen in welke levensfase een vulkaan zich bevindt door zijn leeftijd vast te stellen. De wetenschappers hopen dat zij kunnen helpen de modellen van vulkanische processen te verfijnen. “Er zijn momenteel 1500 actieve vulkanen. Ongeveer 50 barsten er elk jaar uit. Weten of de bevolking al dan niet moet worden geëvacueerd is van cruciaal belang. Wij hopen dat onze studie ertoe bijdraagt de ernstige gevolgen van vulkanische activiteit voor onze samenleving te beperken”, aldus Luca Caricchi. Hij hoopt dat de bevindingen van de recente studies zullen worden getest op vulkanen die reeds uitvoerig zijn bestudeerd. “Zoals die in Italië, de VS en Japan, en toegepast op andere vulkanen waarover minder gegevens zijn, zoals in Indonesië of Zuid-Amerika.”
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in Nature Reviews Earth and Environment.
