Inga två vulkanutbrott är exakt likadana, men forskare tror att en serie explosiva utbrott vid vulkanen Kilauea passar in i en helt ny kategori.
Genom att analysera dynamiken i 12 rygg mot rygg explosioner som inträffade 2018 beskriver forskare en ny typ av vulkanutbrottsmekanism. Explosionerna drevs av plötsliga tryckökningar när marken kollapsade, vilket sprängde plymer av stenfragment och het gas i luften, ungefär som en klassisk stomp-raketleksak.
Forskare från University of Oregon, United States Geological Survey och Kinas Sichuan University rapporterar sina resultat i en artikel publicerad den 27 maj i Nature Geoscience .
Den speciella strängen av explosioner vid toppen av Kilauea var en del av en sekvens av händelser som inkluderade lavaflöden som bröt ut från lägre på vulkanens flank. Dessa lavaflöden förstörde tusentals hem och fördrivna invånare på ön Hawaii i månader.
Genom att förstå exakt vad som hände i tidigare vulkanutbrott, i dagligt tal kallad "hindcasting", kan vulkanologer göra bättre prognoser om framtida utbrott och ge mer exakta varningar till människor i ett utbrotts väg.
För det mesta drivs explosiva vulkanutbrott antingen främst av stigande magma, förångat grundvatten eller någon kombination av de två, enligt Josh Crozier, som gjorde denna forskning som doktorand vid UO. Men dessa utbrott passade inte riktigt mögeln.
"Dessa utbrott är ganska intressanta eftersom de egentligen inte verkar involvera någon av dem," sa Crozier. "Det eruptiva materialet innehöll väldigt lite som såg ut som färsk magma som sprängdes ut, men det finns inga bevis för att betydande grundvatten är inblandat heller."
Hawaiian Volcano Observatory, en del av U.S. Geological Survey, håller noggrann koll på Kīlauea. Vulkanen är täckt med vetenskapliga instrument, från marksensorer som mäter jordens skakningar till verktyg som analyserar de gaser som frigörs från vulkanen.
"En cool sak med dessa utbrott är att det fanns ett gäng av dem i sekvens som var anmärkningsvärt lika; det är relativt ovanligt", säger Leif Karlström, en vulkanolog vid UO. "Vulkanutbrott sker vanligtvis inte med så mycket regelbundenhet."
Så teamet hade mer data än vanligt att arbeta med, och de kunde gräva djupare i den specifika dynamiken i utbrotten.
Genom att lägga alla dessa data i en mängd olika atmosfäriska och underjordiska modeller, sammanställde forskarna en ny berättelse om vad som hände på Kilauea under raden av händelser 2018.
Före varje explosion vid toppmötet dränerade magma långsamt från en underjordisk reservoar. (Denna magma matade lavaflöden 40 kilometer bort, på vulkanens östra flank.) När reservoaren uttömdes kollapsade plötsligt marken ovanför den – kratern i kalderan vid vulkanens toppmöte.
Det ökade snabbt trycket i behållaren. Och eftersom det fanns en ficka med ackumulerad magmatisk gas på toppen av denna reservoar, pressade tryckökningen den magmatiska gasen och bitar av spillror genom en ledning och sprängde ut dem ur en öppning i Kilaueas krater.
Forskarna jämför utbrottsdynamiken med en stomp-raketleksak, där att trampa på en krockkudde ansluten till en slang skickar en projektil upp i luften.
"Stampen" är hela den här kilometertjocka stenbiten som faller ner, trycksätter fickan och sedan tvingar materialet direkt uppåt, sa Crozier. "Och 'raketen' är naturligtvis gasen och stenarna som bryter ut från vulkanen."
Caldera kollaps är ganska vanligt, konstaterar Crozier. Så även om det här är första gången som forskare specifikt har skrivit ut den här specifika stomp-raketmekanismen, är det förmodligen inte den enda gången det har inträffat.
Studien kunde koppla geofysiska observationer till egenskaperna hos den vulkaniska plymen i atmosfären.
"Denna länk är mycket sällsynt", säger Joe Dufek, en vulkanolog vid UO. "Det pekar på nya sätt för oss att observera utbrott och att kombinera sensormätningar med datorsimuleringar för att bättre bedöma risker från utbrott."
Det faktum att detta var en serie mindre utbrott kan ha gjort det lättare att se den underliggande mekanismen, sa Dufek. Andra komplexa processer överskuggade inte stomp-raket-komponenten.
Men det är inte att säga att Kilauea är enkel. En typisk läroboksteckning av en vulkan visar magma som rör sig uppåt genom kammare på olika djup. Men det är sällan så enkelt, och en vulkan som Kilauea, dekorerad med vetenskapliga instrument, ger en möjlighet att gräva ner sig i detaljerna.
"Detta är ett exempel, och det finns ett ökande antal av dessa, där vägarna för magmauppstigning är ganska geometriskt komplexa," sa Karlström. "Det ger oss en mycket mer nyanserad bild av hur vulkaniska VVS-system ser ut."
Mer information: Josh Crozier, Explosiva utbrott 2018 vid Kilauea drivna av en kollapsinducerad stamp-raketmekanism, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01442-0. www.nature.com/articles/s41561-024-01442-0
Journalinformation: Naturgeovetenskap
Tillhandahålls av University of Oregon
