En vulkan kommer inte att skicka ut en officiell inbjudan när den är redo att få utbrott, men ett team av forskare föreslår att forskare som lyssnar och tittar noggrant kanske kan fånga upp tecken på att ett utbrott är på väg att inträffa.

I en studie av Hawaiis Kīlauea-vulkan, forskarna rapporterade att tryckförändringar i vulkanens toppmötesreservoarer hjälpte till att förklara antalet jordbävningar – eller seismicitet – i övre East Rift Zone. Denna zon är en mycket aktiv region där flera utbrott har inträffat under de senaste decennierna, inklusive en spektakulär 2018.

"Vi är intresserade av att titta på mekanismerna som utlöser seismicitet vid en mycket aktiv och dynamisk vulkan, som Kilauea-vulkanen på Hawaii, sa Christelle Wauthier, biträdande professor i geovetenskap och Institute for CyberScience co-hyra, Penn State. "Det finns flera fysiska processer som kan driva seismicitet och, i den här studien, vi försökte ta reda på vilken som var mest trolig."

Enligt Wauthier, tryckförändringarna som sker i toppreservoaren - en underjordisk kammare som är värd för varm magma - orsakar spänningar i bergarterna och marken som omger magman, inte ens i dess omedelbara närhet. Dessa spänningsförändringar kan utlösa vulkantektoniska jordbävningar med liten magnitud, för det mesta omärklig för människor men som plockas upp av den känsliga seismiska utrustningen som övervakar vulkanen. Denna seismiska aktivitet, sedan, kan bättre förutsäga magmarörelser och resulterande utbrott.

Forskarens arbete utmanar en tidigare teori som antydde att den seismiska aktiviteten i sprickzonen utlöstes av vulkanens gradvisa glidning mot havet. Kīlaueas södra flank rör sig gradvis mot havet med cirka sex centimeter per år.

Medan de flesta föreställer sig vulkaner som bryter ut med våld vid deras toppar, Kilauea är annorlunda eftersom dess vidsträckta system av underjordiska tunnlar och kammare där magma strömmar resulterar i utbrott som kan inträffa på olika punkter mil från toppen. När magma färdas ut ur dessa kammare och upp på jordens yta, det kallas lava.

"Under, det finns ett ledningssystem som är extremt långt — vi pratar 20 miles eller så, " sa Wauthier. "Och det är precis som VVS i ett hus. En vulkans VVS-system kan vara anslutet eller blockerat och det kan bara leda till ett utbrott."

Genom att bättre förstå krafterna som utlöser seismicitet, forskare som övervakar seismisk aktivitet vid andra vulkaner kan förutsäga framtida utbrott mer exakt, enligt forskarna, som rapporterade sina fynd i ett färskt nummer av Geologi . Eftersom Kilauea är ett av världens mest noggrant och tätt övervakade vulkansystem, det fungerar som ett levande laboratorium för att studera vulkanisk aktivitet som kan användas för att studera andra vulkaner, lade till Wauthier, som arbetade med Diana C. Roman, stabsforskare, Carnegie Institute for Science, och Michael P. Polen, ansvarig vetenskapsman, Yellowstone Volcano Laboratory, U.S. Geological Survey.

"Medan det bara finns ett fåtal vulkaner som är lika höginstrumenterade som Kilauea, som har ett supertät seismiskt nätverk och GPS, så det är mycket väl övervakat, men andra vulkaner övervakas inte så, sade Wauthier. "Men, för vulkaner som har bra seismiska nätverk – och det finns många av dem – kan du använda exakt samma tillvägagångssätt som denna för att se om din vulkantektoniska seismicitet – dessa små jordbävningar – beror på att magma injiceras i en magma-reservoar, eller på grund av något annat."

Teamet använde både seismisk och satellitbildsdata från mitten till slutet av 2007 för studien. Seismisk analys utfördes med data som samlats in på övre East Rift Zone från U.S. Geological Survey Hawaiian Volcano Observatory (HVO). Med hjälp av information från globala positioneringssatelliter, även insamlat av HVO, forskarna kunde också analysera fysiska förändringar av bergets form och ägna särskild uppmärksamhet åt markytans deformationer vid toppen. De tittade sedan på hur dessa faktorer korrelerade med modeller av stressförändringar orsakade av uppblåsningar och deflationer av toppmötets reservoar.

Genom att noggrant analysera rörelser till en vulkans toppreservoar, forskare kanske bättre kan förutsäga när och var utbrott sannolikt kommer att inträffa, sedan, enligt forskarna. Dock, mer arbete måste göras, sa Wauthier. Framtida forskningsplaner inkluderar att titta på seismisk aktivitet och markdeformationsdata från andra tidsperioder av vulkanen.

"Vi har tittat på perioden 2007, men det är bara en delmängd, ", sa Wauthier. "Vi skulle kunna tänka oss att bara titta på en längre tidsperiod där vi har andra inflation-deflationshändelser som händer och se om vi fortfarande drar slutsatsen att det är magma reservoar som blåser upp som utlöser seismiciteten. Det är troligt att under loppet av ett långvarigt utbrott som 1983-2008, saker förändras."