Trots bred förståelse för vulkaner, vår förmåga att förutsäga tidpunkten, varaktighet, typ, storlek, och konsekvenserna av vulkanutbrott är begränsade, säger en ny rapport från National Academies of Sciences, Teknik, och medicin. För att förbättra utbrottsprognoser och varningar för att rädda liv, rapporten identifierar forskningsprioriteringar för bättre övervakning av vulkanutbrott och tre stora utmaningar som vulkanvetenskapssamhället står inför.

Vulkanövervakning är avgörande för att förutsäga utbrott och minska riskerna för deras faror. Dock, få vulkaner observeras tillräckligt, och många övervakas inte alls. Till exempel, färre än hälften av de 169 potentiellt aktiva vulkanerna i USA har några seismometrar - ett instrument för att upptäcka små jordbävningar som signalerar underjordisk magma. Och bara tre har kontinuerliga gasmätningar, som är avgörande eftersom sammansättningen och mängden lösta gaser i magma driver utbrott. Förbättrad övervakning i kombination med framsteg i experimentella och matematiska modeller av vulkaniska processer kan förbättra förståelsen och prognosen för utbrott, säger rapporten.

Kommittén som genomförde studien och skrev rapporten betonade också behovet av satellitmätningar av markdeformation och gasutsläpp, drönareobservationer, avancerad seismisk övervakning, och höghastighetsinhämtning av data i realtid under utbrott. Nya tillvägagångssätt i analytisk förmåga för att dechiffrera magmahistorik, och konceptuella och experimentella modeller av magmatiska och vulkaniska fenomen, kommer att ge ny insikt om de processer som förklarar hur magma genereras och bryter ut.

"Det har skett stora förbättringar i konceptuella modeller av vulkaniska fenomen, jämfört med dem som användes för några decennier sedan, men vulkanvetenskapssamhället är ännu inte tillräckligt förberett för nästa stora utbrott, "sa Michael Manga, professor vid institutionen för jord- och planetvetenskap vid University of California, Berkeley, och ordförande i kommittén. "Det finns grundläggande utmaningar som måste hanteras och kräver en uthållig insats från olika discipliner. Genom att arbeta mot dessa stora utmaningar, vulkanvetenskapssamhället kan hjälpa till att kvantifiera den globala effekten av utbrott och mildra faror, till slut gynna miljontals människor som bor i vulkaniskt aktiva områden. "

Kommittén redogjorde för flera nyckelfrågor och forskningsprioriteringar inom områden som processer som rör och lagrar magma under vulkaner; hur utbrott börjar, utveckla, och avsluta; hur en vulkan bryter ut; prognosera utbrott; svar från landskap, hav, och atmosfären till vulkanutbrott; och vulkanernas svar på förändringar på jordens yta.

Baserat på dessa forskningsprioriteringar, kommittén identifierade tre övergripande stora utmaningar för att främja vulkanvetenskap och övervakning:

Prognoser storleken, varaktighet, och risk för utbrott genom att integrera observationer med modeller

Nuvarande prognoser är baserade på att känna igen mönster i övervakningsdata. Dessa tillvägagångssätt har haft blandad framgång eftersom övervakningsdata inte fångar mångfalden av vulkaner eller deras utveckling över tid. Ett tillvägagångssätt baserat på modeller av fysiska och kemiska processer, informeras genom övervakningsdata, som man gör i väderprognoser, kan förbättra noggrannheten i utbrottsprognoser. Ett sådant tillvägagångssätt kräver integrering av data och metoder från flera discipliner, säger rapporten.

Kvantifiera vulkanernas livscykler och övervinna vår nuvarande partiska förståelse

Nuvarande förståelse för en vulkan livscykel är skev eftersom endast ett litet antal vulkaner studeras. Utökad övervakning från marken, hav, och rymden kan övervinna några av dessa observationsfördomar, säger rapporten. Att utöka och underhålla övervakningsmöjligheter och stödja infrastrukturen för att göra historiska och övervakningsdata tillgängliga är avgörande för att öka förståelsen för vulkaniska processer och bedöma vulkaniska faror. Kommittén noterade att nya tekniker som billiga sensorer, drönare, och nya mikroanalytiska geokemiska metoder är lovande verktyg för att ge nya insikter om vulkanisk aktivitet.

Bygga en samordnad vulkan vetenskap gemenskap

Nästan 100 vulkaner bryter ut någonstans på jorden varje år. Stärka den tvärvetenskapliga forskningen, inhemska och internationella partnerskap för forskning och övervakning, och utbildningsnätverk kan hjälpa forskarsamhället att maximera vetenskapliga framsteg som följer av studiet av utbrott runt om i världen, sa kommittén.

Rapporten nämner det pågående utbrottet vid vulkanen Bogoslof i Alaska som ett exempel som belyser dessa tre utmaningar. En fjärrkontroll, ursprungligen ubåt vulkan i Aleutian Island båge, utbrottet startade i slutet av december 2016 och aktiviteten har pågått från och med februari 2017. På bara en månad, vulkanen producerade många explosioner med plymer som steg 20, 000-35, 000 fot, utgör en betydande fara för luftfarten i norra Stillahavsområdet. U.S.Geological Survey Alaska Volcano Observatory (AVO) har förlitat sig på avlägsna seismometrar, satellitdata, infraljud, och blixtdetektering för att övervaka aktiviteten eftersom det inte finns några markbaserade instrument på vulkanen. Kommittén sa att AVO endast har kunnat varna för några av dessa farliga händelser. Detta utbrott understryker också den begränsade förståelsen för magmautbrott. I mer än 20 diskreta händelser, den framväxande vulkanen har omformat sina kustlinjer upprepade gånger, tillhandahålla ögonblicksbilder av vulkanlandskapets interaktioner.