Vulkanutbrott och deras askmoln utgör en betydande fara för befolkningscentra och flygresor, särskilt de som visar få eller inga tecken på oro i förväg. Geologer använder nu en teknik som traditionellt används i väder- och klimatprognoser för att utveckla nya modeller för utbrottsprognos. Genom att testa om modellerna kan fånga sannolikheten för tidigare utbrott, forskarna gör framsteg i vetenskapen om vulkanisk prognoser.

Studien, publiceras i tidskriften Geofysiska forskningsbrev , undersökte utbrottshistorien för vulkanen Okmok i Alaska. 2008, ett stort utbrott producerade en askplym som sträckte sig ungefär 1,5 km upp i himlen över Aleuterna – vilket utgör en betydande fara för flygplansmotorer längs en rutt som transporterar ungefär 50, 000 människor mellan Asien och Nordamerika varje dag, sa forskarna.

"Utbrottet av Okmok 2008 kom som en liten överraskning, " sa University of Illinois doktorand och huvudförfattare Jack Albright. "Efter ett utbrott som inträffade 1997, det förekom perioder av lätt oro, men mycket lite seismicitet eller andra utbrottsprekursorer. För att utveckla bättre prognoser, det är avgörande att förstå vulkanutbrott som avviker från normen."

Geologer förutsäger vanligtvis utbrott genom att leta efter etablerade mönster av oroligheter före utbrottet såsom jordbävningsaktivitet, jordsvall och gasutsläpp, sa forskarna. Vulkaner som Okmok, dock, verkar inte följa dessa etablerade mönster.

För att bygga och testa nya modeller, teamet använde en statistisk dataanalysteknik utvecklad efter andra världskriget kallad Kalman-filtrering.

"Versionen av Kalman-filtrering som vi använde för vår studie uppdaterades 1996 och har fortsatt att användas i väder- och klimatprognoser, såväl som fysisk oceanografi, " sa geologiprofessorn Patricia Gregg, en medförfattare till studien som inkluderade medarbetare från Southern Methodist University och Michigan State University. "Vi är den första gruppen som använder den uppdaterade metoden inom vulkanologi, dock, och det visar sig att denna teknik fungerar bra för den unika oro som ledde fram till Okmoks utbrott 2008."

En av dessa unika egenskaper är bristen på ökad seismicitet före utbrottet, sa forskarna. I en typisk preeruption-sekvens, man antar att reservoaren under vulkanen förblir lika stor då den fylls med magma och heta gaser. Den fyllningen gör att trycket i kammaren ökar och de omgivande stenarna spricker och rör sig, orsakar jordbävningar.

"I utbrottet 2008, det verkar som om magmakammaren växte sig större för att klara det ökande trycket, så vi såg inte den seismiska prekursoraktiviteten vi kunde förvänta oss, ", sa Albright. "Genom att se tillbaka i tiden med våra modeller, eller hindcasting, vi kan nu observera är att stress hade byggts upp i klipporna runt kammaren i veckor, och magmasystemets tillväxt ledde slutligen till dess misslyckande och utbrott."

Denna typ av bakåt- och framåtmodellering tillåter forskare att se ett vulkaniskt system utvecklas över tiden. "Medan vi stoppade vår analys efter utbrottet 2008, vi kan nu sprida denna nya modell framåt i tiden, föra det till idag, och förutsäga vart Okmok-vulkanen är på väg härnäst, " sa Gregg.

Forskarna hävdar att dessa modeller kommer att fortsätta att hitta andra mindre kända utbrottsprekursorer, men erkänn att varje vulkan är olika och att modellerna måste skräddarsys för att passa varje unikt system.