Forskare har listat ut vad som utlöser storskaliga vulkanutbrott och vilka förhållanden som sannolikt leder till dem.

Hawaiis Kilauea är en av de mest aktiva vulkanerna i världen. På grund av detta och dess relativa lättillgänglighet, det är också bland de mest utrustade med övervakningsutrustning – instrument som mäter och registrerar allt från jordbävningar och markrörelser till lavavolym och framsteg.

Kilaueas utbrott 2018, dock, var särskilt massiv. Faktiskt, det var vulkanens största utbrott på över 200 år. Forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien använde det överflöd av data som samlats in från denna sällsynta händelse för att belysa orsaken till storskaliga utbrott som denna och, kanske ännu viktigare, vilka mekanismer som utlöser dem.

"I sista hand, det som gjorde att detta utbrott blev så mycket större än normalt var kollapsen av vulkanens kaldera – den stora, kraterliknande fördjupning vid vulkanens topp, " sa JPL:s Alberto Roman, huvudförfattare till den nya studien som nyligen publicerades i Natur . "Under en kalderakollaps, ett massivt stenblock nära toppen av vulkanen glider ner i vulkanen. När den glider, fastnar på de taggiga väggarna runt den, och glider lite till, stenblocket pressar ut mer magma än vad som vanligtvis skulle drivas ut."

Men vad forskarteamet verkligen ville veta var vad som fick kalderan att kollapsa i första hand - och de hittade svaret.

Den troliga boven? Ventiler – öppningar genom vilka lava strömmar – placerade på avstånd från, och på en mycket lägre höjd än, vulkanens toppmöte.

"Ibland, vulkaner får utbrott på toppen, men ett utbrott kan också inträffa när lava bryter igenom ventiler mycket lägre ner i vulkanen, " sa JPL:s Paul Lundgren, medförfattare till studien. "Utbrott genom dessa låga öppningar ledde sannolikt till kollapsen av kalderan."

Lundgren jämför denna typ av ventil med tappen på en hopfällbar vattenkanna som du skulle ta med på en campingtur. När vattennivån sjunker mot platsen för tappen, vattenflödet saktar ner eller stannar. Likaså, ju lägre ned vulkanen finns en ventil (eller "tapp"), den längre lavan kommer sannolikt att flöda innan den når en stopppunkt.

En stor mängd magma kan snabbt drivas ut från kammaren (eller kamrarna) under vulkanen genom dessa ventiler, lämnar det steniga golvet och calderans väggar ovanför kammaren utan tillräckligt stöd. Stenen från kalderan kan sedan kollapsa in i magmakammaren.

När stenen faller, det trycksätter magmakamrarna - för Kilauea, forskargruppen identifierade två av dem – vilket ökade magmaflödet till de avlägsna ventilerna såväl som den totala volymen av utbrottet. Trycksättningen liknar att klämma på vattenkannan för att tvinga ut den sista lilla vattenbiten.

Efter att ha utvecklat sin modell av dessa utbrottsprocesser, dra nytta av de otaliga data som finns tillgängliga från Kilauea, de jämförde också modellens förutsägelser med observationer från liknande utbrott drivna av calderakollaps vid andra vulkaner. Resultaten var konsekventa. Även om modellen inte förutsäger när en vulkan kommer att få ett utbrott, det kan ge avgörande insikt i den sannolika svårighetsgraden av ett utbrott när det väl börjar.

"Om vi ​​ser ett utbrott på en låg höjd, det är en röd flagga eller en varning om att calderakollaps är möjlig, sade Roman. På samma sätt, om vi upptäcker jordbävningar som överensstämmer med att calderablocket glider, vi vet nu att utbrottet sannolikt kommer att bli mycket större än vanligt."