Vulkanologer börjar använda satellitmätningar och matematiska metoder för att förutsäga utbrott och för att bättre förstå hur vulkaner fungerar, visar en ny artikel i Gränser inom geovetenskap .

När magma skiftar och flyter under jordens yta, marken ovanför böjer och skakar. Modern satellitteknik, liknande GPS, kan nu spåra dessa rörelser, och geovetare börjar dechiffrera vad detta avslöjar om vad som händer under jorden – såväl som vad som sannolikt kommer att hända i framtiden.

"Vi är de första som har utvecklat en strategi som använder dataassimilering för att framgångsrikt förutsäga utvecklingen av magmaövertryck under en vulkan med hjälp av kombinerade markdeformationsdatauppsättningar som mäts av Global Navigation Satellite System (mer allmänt känt som GPS) och satellitradardata, "förklarar Mary Grace Bato, huvudförfattare till studien och en forskare vid Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) i Frankrike.

Bato och hennes samarbetspartners är bland de första som testar om dataassimilering, en metod som används för att införliva nya mätningar med en dynamisk modell, kan också användas i vulkanstudier för att förstå sådana satellitdata. Meteorologer har länge använt en liknande teknik för att integrera atmosfäriska och oceaniska mätningar med dynamiska modeller, så att de kan förutsäga vädret. Klimatforskare har också använt samma metod för att uppskatta den långsiktiga utvecklingen av klimatet på grund av koldioxidutsläpp. Men vulkanologer börjar bara undersöka om tekniken också kan användas för att förutse vulkanutbrott.

"Mängden satellit- och markbaserad geodetisk data (dvs. GPS-data) har ökat enormt på senare tid, " säger Bato. "Utmaningen är hur man använder dessa data effektivt och hur man integrerar dem med modeller för att få en djupare förståelse av vad som sker under vulkanen och vad som driver utbrottet så att vi kan fastställa nära realtid och korrekta förutsägelser om vulkaniska oroligheter. "

I sin senaste forskning, Bato och hennes kollegor har börjat svara på dessa frågor genom att simulera en typ av vulkan - de som får ett utbrott med begränsad "explosivitet" på grund av uppbyggnaden av underliggande magmatryck. Genom sina undersökande simuleringar Bato kunde korrekt förutsäga det övertryck som driver ett teoretiskt vulkanutbrott, samt formen på den djupaste underjordiska magma-reservoaren och flödet av magma in i reservoaren. Sådana reservoarer är vanligtvis miles under ytan och, som sådan, de är nästan omöjliga att studera med befintliga metoder.

Geoforskare behöver fortfarande förbättra nuvarande vulkanmodeller innan de kan tillämpas allmänt på verkliga vulkaner, men Bato och hennes kollegor börjar redan testa sina metoder på Grímsvötn -vulkanen på Island och Okmok -vulkanen i Alaska. De tror att deras strategi kommer att vara ett viktigt steg mot mer exakta förutsägelser av vulkaniskt beteende.

"Vi förutser en framtid där dagliga eller till och med timmes vulkaniska prognoser kommer att vara möjliga - precis som alla andra väderbulletiner, säger Bato.

Denna forskning är en del av en bredare samling artiklar med fokus på vulkanisk riskbedömning.