Utbrottet av en vulkan kan få förödande konsekvenser – döda människor och förstöra försörjning, samt att släppa ut enorma mängder aska till himlen som stör flygresor och förändrar klimatet. Att veta vad som händer under jorden, dock, skulle underlätta bättre varningar för när ett utbrott kommer att inträffa – och hjälpa till att rädda liv samtidigt som skadorna är till ett minimum.

"Att förstå vulkaner är en internationell ansträngning. Effekterna av utbrott stannar inte vid gränserna, " sa vulkanolog Dr. Catherine Annen vid University Savoie Mont Blanc i Frankrike.

Även om det är relativt litet, utbrottet av vulkanen Eyjafjallajökull på södra Island 2010 fastnar i mångas minnen. Dess drivande aska ledde till omfattande inställda flygningar över Europa.

I dag, Övrig, större vulkaner verkar vara på randen av utbrott. Seismiska observationer tyder på att Italiens Campi Flegrei, en supervulkan nära miljontals människor som bor i och runt Neapel, samlar magma i en farlig "het zon".

Men sådana observationer ger bara grova prognoser – vanligtvis dagar, veckor eller månader i förväg – när en vulkan kommer att få ett utbrott. "Osäkerheten uppstår från det faktum att vi inte kan se vad som händer under jorden, sade Dr Annen.

Forskare som Dr Annen har redan en rättvis uppfattning om vad som händer. Att vara mindre tät än omgivande sten, magma från djupet av jorden kan stiga upp, potentiellt hitta ett utlopp på tunnare punkter – vulkaner – i planetens skorpa.

Skummande och frysning

Magma svalnar när den stiger, och om vi har tur kommer det att frysa, eller stelna, innan det någonsin bröt ut. Å andra sidan, trycket nära ytan sjunker också, och detta frigör lösta gaser, som ökar chanserna för en skummande explosion – lite som att öppna en skakad kolsyrad flaska.

Dr. Stephan Kolzenburg, en vulkanolog vid McGill University i Montreal, Kanada, sa:"Dessa två processer – skumning och frysning – konkurrerar, och beroende på vilken som vinner, vulkanen kommer eller kommer inte att få ett utbrott."

Skumnings- och stelningsprocesserna ligger också i hjärtat av matematiska vulkanmodeller. Genom ett forskningsprojekt kallat DYNAVOLC, Dr. Kolzenburg hoppas att genom att bättre förstå konkurrensen mellan de två processerna, och genom att länka dem till geofysiska signaler registrerade på jordens yta, han kommer att kunna förbättra riskkartorna som visar de områden som mest sannolikt kommer att påverkas av vulkanutbrott.

Även om hans forskningsprojekt började först i april, det har redan gett resultat. I en studie, Dr. Kolzenburg fann att ju snabbare magma och lava strömmar, desto snabbare stelnar den – kunskap som skulle kunna förbättra vulkanmodellerna.

Alla vulkaner beter sig inte på samma sätt, dock. Efter att ha haft längre tid att lagra magma, gamla vulkaner tenderar att vara varmare än unga vulkaner, och detta avgör, till exempel, nivån av marksvällning nära utbrott.

Vulkanens ålder

Dr Annen är intresserad av hur en vulkans ålder påverkar denna och andra potentiella varningssignaler. Genom ett projekt kallat MAGMATS, hon simulerar på datorer samspelet mellan magma och gaser för att förstå hur viktiga vulkanparametrar förändras över tusentals till hundratusentals år.

Sådana parametrar inkluderar temperatur, gasinnehåll och magmainnehåll – ingen av dem varierar på ett enkelt, linjära mode med varandra. "Att simulera processerna är utmanande, " Hon sa.

Ändå, arbetet bör hjälpa förutsägelsen av ett utbrott att bli bättre anpassad till en vulkans ålder – och därmed mer exakt. Dr Annen hoppas kunna tillämpa sina resultat på fyra aktiva vulkaner:Campi Flegrei i Italien, Uturunku i Bolivia, Merapi i Indonesien och Krafla på Island.

"Jag skulle vilja veta om det finns stora volymer magma redo att bryta ut nära ytan - eller om, tvärtom, varje utbrott måste först involvera ny magmaöverföring från djupare nivåer, " sa hon. Till slut, hon hoppas att "alla beslut om evakuering kommer att bli bättre informerade."