Strax före ett överraskande utbrott av vulkanen Ruapehu i Nya Zeeland 2007, seismisk tremor nära dess krater blev nära korrelerad med förändringar två gånger i månaden i styrkan av tidvattenkrafter, en ny studie har funnit. Forskningen, publiceras i tidskriften Vetenskapliga rapporter , föreslår att signaler associerade med tidvattencykler potentiellt skulle kunna ge avancerad varning för vissa typer av vulkanutbrott.

"När man tittar på data för denna vulkan som sträcker sig över cirka 12 år, vi fann att denna korrelation mellan amplituden av seismisk tremor och tidvattencykler utvecklades endast under de tre månaderna före detta utbrott, sade Társilo Girona, studiens huvudförfattare. "Vad det tyder på är att tidvattnet kan ge en sond för att tala om för oss om en vulkan har gått in i ett kritiskt tillstånd eller inte."

Girona, en NASA-postdoktor vid Jet Propulsion Laboratory, ledde forskningen under en postdoktorand vid Brown University, arbetar med Brown-professorn Christian Huber och Corentin Caudron, en postdoktor vid universitetet i Gent i Belgien.

Jordens tidvatten stiger och faller dagligen på grund av månens gravitationsdrag när jorden roterar. Under full- och nymåne, månens gravitationskraft är i linje med solens, vilket gör att de dagliga tidvattenbuktarna blir lite större under dessa månfaser. Under första och tredje kvartalets månar, den dagliga tidvattenbukten är lite mindre. Denna förändring i tidvattenamplitud två gånger i månaden kallas ibland för tidvattnet varannan vecka. Medan vi normalt tänker på tidvatten i termer av stigande och fallande vatten, dessa gravitationsspänningar påverkar också planetens fasta skorpa. Frågan om huruvida gravitationspåfrestningar kan påverka vulkanisk aktivitet är långvarig inom geovetenskapen.

"Mycket forskning har fokuserats på huruvida tidvattenkrafter kan utlösa utbrott eller inte, och det finns inga definitiva bevis alls för att de gör det, "Vi ville ta en annan vinkel med den här studien och titta på om det finns någon detekterbar signal förknippad med tidvattenkrafter som kan berätta något om en vulkans kritiska karaktär."

Forskarna valde att studera Ruapehu-vulkanen delvis eftersom dess aktivitet har övervakats noga i flera år av GNS Science, ett forskningsinstitut i Nya Zeeland. Berget är en populär turistattraktion och hem till två skidorter, så tjänstemän vill vara medvetna om eventuella varningstecken på att det kan få utbrott. Den övervakningen gav en lång och kontinuerlig datauppsättning för forskarna att studera.

Särskilt, teamet var intresserade av data från seismiska sensorer som ligger nära vulkanens krater. Dessa sensorer fångar upp vulkanskakningar, ett seismiskt mullrande på låg nivå som ger en ihållande signal om aktivitet inom ett vulkaniskt system. Med hjälp av en sofistikerad statistisk teknik, forskarna kammade igenom 12 år av seismisk data, letar efter någon period då seismiciteten var korrelerad med månens cykler. De fann att under de flesta av dessa 12 år, det fanns inget samband mellan tremor och måncykler, förutom några månader före ett ångdrivet utbrott den 25 september, 2007, när ett starkt samband uppstod.

Under dessa tre månader, amplituden av tremor steg och föll aldrig så något i låssteg med den varannan vecka tidvattencykeln. Även om fluktuationerna i seismisk amplitud var subtila, styrkan av korrelationen till tidvattencykeln var inte. Korrelationen var så stark som 5 sigma, forskarna säger, vilket innebär att sannolikheten för att mönstret uppstod av en slump är ungefär en på 3,5 miljoner.

För att förstå hur tidvattenkrafter påverkade Ruapehu under dessa tre månader, forskarna använde en modell av seismisk tremor som de hade utvecklat tidigare. Vulkaner som Ruapehu har en vertikal ledning genom vilken lava stiger, och en rejäl bergplugg i toppen. Gaser som frigörs från lavan bildar en ficka mellan den steniga pluggen och lavapoolen. Den gasfickan kan resonera mot pluggen, vilket skapar seismisk tremor.

Modellen antyder att när trycket i gasfickan når en kritisk nivå - en nivå vid vilken ett ångutbrott är möjligt - är de olika påfrestningarna förknippade med ändrade tidvattenkrafter tillräckliga för att ändra amplituden av tremor.

"Det är vad vi tror hände 2007, " sa Huber. "När trycket i systemet blev kritiskt, den blev känslig för tidvattnet. Vi kunde visa att signalen är detekterbar."

Ingen av de andra indikatorerna som geologer vanligtvis använder för att förutse utbrott höjde några varningsflaggor 2007. Så en tidvattensignal kan vara ett sätt att förutsäga ångdrivna utbrott, som annars är svåra att förutse.

"Vi skulle vilja samla in mer data från andra utbrott och andra vulkaner för att se om denna tidvattensignal dyker upp någon annanstans, "Då kan vi börja tänka på att använda det som ett potentiellt sätt att förutsäga framtida utbrott av det här slaget."