På tv, vulkanutbrottet skjuter magma rakt upp ur toppen. Dock, det är inte så ovanligt att magma bryter ut från vulkanens flank snarare än dess topp. Efter att ha lämnat den underjordiska magmakammaren, magman tvingar sig i sidled genom att spricka sten, ibland tiotals kilometer. Sedan, när den bryter mot jordens yta, den bildar en eller flera ventiler från vilka den rinner ut, ibland explosivt. Detta, till exempel, inträffade i Bardarbunga på Island i augusti 2014, och Kilauea på Hawaii i augusti 2018.

Det är en stor utmaning för vulkanologer att gissa vart magma är på väg och vart det kommer att bryta ytan. Mycket arbete läggs på denna uppgift, eftersom det kan minimera risken för byar och städer som hotas av utbrott. Nu, Eleonora Rivalta och hennes team från GFZ German Research Center for Geosciences i Potsdam och institutionella samarbetspartners har tagit fram en ny metod för att generera prognoser för ventileringsläge. Studien publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg .

"Tidigare metoder var baserade på statistik över platserna för tidigare utbrott, " säger Eleonora Rivalta. "Vår metod kombinerar fysik och statistik:Vi beräknar banorna för minsta motstånd för stigande magma och ställer in modellen baserat på statistik." Forskarna testade framgångsrikt det nya tillvägagångssättet med data från Campi Flegrei-calderan i Italien, en av jordens högsta riskvulkaner.

Ventiler öppnade vid flanken av en vulkan används ofta av bara ett utbrott. Alla vulkaner kan producera sådana engångsventiler, men vissa gör mer än andra. Deras flanker punkteras av tiotals öppningar vars inriktning markerar de platser där magmavägar under ytan har korsat jordens yta.

Vid kalderan, det är stora kittelliknande fördjupningar som bildas kort efter tömningen av en magmakammare i ett vulkanutbrott, ventiler kan också öppnas inuti och på dess kant. Det beror på att de saknar ett toppmöte för att fokusera utbrott. "Kalderor ser ofta ut som en gräsmatta täckt av mullvadshögar, " säger GFZ:s Eleonora Rivalta.

De flesta ventiler vid calderor har bara använts en gång. Den resulterande spridda, ibland hotar en till synes slumpmässig rumslig ventilationsfördelning vida områden, presenterar en utmaning för vulkanologer som ritar prognoskartor för platsen för framtida utbrott. Sådana kartor är också nödvändiga för korrekta prognoser av lava och pyroklastiska flöden eller expansion av askplymer.

Ventilationsprognoskartor har hittills huvudsakligen baserats på den rumsliga fördelningen av tidigare ventiler:"Vulkanologer antar ofta att vulkanen kommer att bete sig som den gjorde förr, ", säger Eleonora Rivalta. "Problemet är att ofta bara några tiotals öppningar är synliga på vulkanens yta eftersom stora utbrottsepisoder tenderar att täcka eller utplåna tidigare utbrottsmönster. Därav, så matematiskt sofistikerad som proceduren kan vara, glesa data leder till grova kartor med stora osäkerheter. Dessutom, dynamiken i en vulkan kan förändras med tiden, så att ventilationsplatserna kommer att förskjutas."

Framgångsrika tester på Campi Flegrei

Rivalta, en utbildad fysiker, och ett team av geologer och statistiker använde vulkanfysik för att förbättra prognoserna. "Vi använder den mest uppdaterade fysiska förståelsen av hur magma spricker berg för att röra sig under jorden och kombinerar det med en statistisk procedur och kunskap om vulkanens struktur och historia. Vi justerar parametrarna för den fysiska modellen tills de matchar tidigare eruptiva mönster . Sedan, vi har en fungerande modell och kan använda den för att förutse framtida utbrottsplatser, säger Eleonora Rivalta.

Den nya metoden tillämpades i södra Italien på Campi Flegrei, en kaldera nära Neapel, som har en befolkning på nästan en miljon. I den mer än tio kilometer breda kalderan, ett åttiotal ventiler har matat explosiva utbrott under de senaste 15, 000 år. Metoden fungerar bra i retrospektiva tester, som korrekt förutsäger placeringen av ventiler som inte användes för att ställa in modellen, forskarna rapporterar.

"Den svåraste delen var att formulera metoden på ett sätt som fungerar för alla vulkaner och inte bara en - att generalisera den, " Rivalta förklarar. "Vi kommer nu att utföra fler tester. Om vår metod fungerar bra på andra vulkaner också, det kan hjälpa till att planera markanvändningen i vulkanområden och förutsäga platsen för framtida utbrott med en högre säkerhet än vad som tidigare varit möjligt."