Vulkankomplexet Laguna del Maule i Chile är ett stort, komplicerat och explosivt landskap som, underligt, saknar den klassiska konen som ses på många vulkaner, inklusive Fuego, vulkanen i Guatemala som dödade hundratals i ett utbrott den 3 juni.

Det är en stor uppgift att förstå en bergstoppsregion som har brutit ut 50 gånger under de senaste 20, 000 år. Men utgångspunkten för att förstå den stora bilden av en studie som publicerades idag (27 juni) i Vetenskapens framsteg är ganska enkelt:Det är ringen som stående vatten lämnar på ett badkar.

Som stranden av en gammal sjö, en badkarsring måste vara horisontell när den bildas. Men, som professorn i geovetenskap vid University of Wisconsin-Madison Brad Singer märkte för flera år sedan, den antika, förhöjd strandlinje vid Maule sluttar nu från en låg plats i norr till en hög punkt i söder.

Maule vulkanerna, ligger i en region som har sett enorma utbrott under de senaste miljoner åren, är rastlösa. Sedan 2007, satellitinstrument har uppmätt en genomsnittlig höjning på 8 tum per år – den absolut snabbaste och längsta uppmätta ökningen av en rastlös vulkan i världen, och ett omisskännligt tecken på att smält sten under området reser sig.

Sångare, en vulkanolog och specialist på att datera stenar, leder för närvarande ett femårigt National Science Foundation-projekt för att utforska Maule med en mängd olika geologiska tekniker. Förstå varför den uppgången äger rum, och vad det visar, är två centrala mål med projektet, som tog dussintals forskare och studenter till platsen.

Rent generellt, vulkanologi är en backspegelövning. månader, år, eller till och med 50 miljoner år efter att lavan svalnat och askan lagt sig, forskare undersöker kemin, form, och distribution av stenar i ett kriminaltekniskt försök att förstå en vulkanisk plats. Vid Laguna del Maule, bland de mest aktiva vulkanområdena i världen, Singer försöker dokumentera förhållanden och processer inför nästa utbrott.

Chile har mer än 80 vulkaner. Maule, tillsammans med många andra, bryter ut ryolit, en särskilt explosiv sorts smält sten. Ryolit innehåller en hög halt av vatten och koldioxid, som båda blinkar till gas när trycket sjunker när magman närmar sig jordens yta.

Att känna till hastigheten och variationerna av magma som stiger upp i en reservoar under en vulkan är avgörande för frågor om framtida utbrott, men mätningar av bergegenskaper upp till ett dussin mil under jord måste, per definition, vara indirekt.

Målet, Sångaren säger, "Är att bygga en mental bild, en modell, för de mekanismer som fungerar före en stor, eller "super" utbrott."

Studien i Vetenskapens framsteg använde den antika strandlinjen för baslinjeinformation om områdets landskap 10, 000 år sedan. Det var när ett rhyolit-lavaflöde som "täppte till" sjöns utlopp kollapsade, sänka vattennivån med cirka 200 meter ner till nuvarande nivå.

Relikkusten var minst 60 kilometer lång, även om mycket av det sedan dess har täckts av lavaströmmar. Under fyra studiebesök, Singer och kollegor använde exakta GPS-instrument för att få höjdmätningar vid 64 punkter längs strandlinjen.

Den högsta punkten, de hittade, var 62 meter över den lägsta punkten, vilket gör att forskarna kan beräkna en genomsnittlig höjning på 6 millimeter per år. Men om den nuvarande snabba höjningen efter en period av stabilitet är typisk, den totala upphöjningen inträffade sannolikt i så många som 16 snabba pulser, i genomsnitt 50 år vardera, under de senaste 10, 000 år eller så.

Baslinjeinformationen om höjningen kombinerades sedan med data om jordskakning, gravitation och elektrisk ledningsförmåga, och analyser av mineraler vid ytan – relikerna från tidigare utbrott – för att måla en bättre bild av den geologiska situationen.

Hélène Le Mével, en UW-Madison geovetenskap Ph.D. och pappersmedförfattare, använde strandlinjens skevning för att uppskatta formen, storlek och djup på magmakroppen som växte under sjöns södra ände. Kroppen är 7 kilometer djup och har en form ungefär som ett ägg.

Sedan den naturliga lavadammen sprack och sjönivån föll, forskarna beräknade att 13 kubikkilometer magma steg in i denna reservoar för att skapa magmakroppen som höjde den överliggande vulkaniska regionen.

Under samma period, ytterligare nio kubikkilometer magma har brutit ut.

En förtydligande bild av takten och detaljerna i lyftet hjälpte Singers team att ta itu med två pressande frågor inom vulkanologi:

• Vilken roll spelar vätskor för att orsaka höjning vid det största, farligaste vulkanerna? Vulkanhöjning kan orsakas av stigande magma, eller genom trycksatt vätska eller gas. Om forskarna har rätt att perioder av upplyft alternerade med perioder av stabilitet över 9, 400 år, då måste magman ha svalnat till fast berg. Annat, varje utbrott skulle ha tillåtit vätska och gas att fly, orsakar deflation.
• Vad avgör om magma-reservoaren bryter ut eller fryser till en jätte, homogen stenkropp som Half Dome (kallad pluton)? Kan båda fenomenen inträffa i samma magmapöl vid i huvudsak samma tidpunkt? "Här, vi har bevis på att samma magma-reservoar kan upprätthålla båda processerna, " säger Singer. "Magma-reservoaren växer långsamt i tusentals år, på ett grunt djup, och en del av det fryser, men under samma period, det bryter också ut."

När det gäller Maule själv, ökningstakten verkar avta efter 11 racerbilsår. Det minskar sannolikt sannolikheten för ett utbrott på kort sikt, vilket är goda nyheter för chilenare, och till argentinare, som bor medvind från detta gränsöverskridande komplex. Maules larmstatus är för närvarande låg på listan över mer än 40 farliga vulkaner som Chiles södra Andes vulkanobservatorium övervakar.

Men det är inte slutet på historien, säger Singer. Även om magmaintrången vid Maule sakta stannar, andra faktorer kan utlösa ett utbrott.

Chile, en del av Ring of Fire, var platsen för två av de fyra mest intensiva jordbävningarna under det senaste århundradet. Dessutom, även när lyftningen avtar, en jordbävning längs en liten lokal förkastning kan främja tillräckligt med rörelse av magma för att utlösa ett nytt utbrott vid Maule, säger sångaren.