När vulkaner förbereder sig för utbrott förlitar sig forskare på typiska tecken för att varna människor som bor i närheten: deformationer av marken och jordbävningar, orsakade av underjordiska kamrar som fylls med magma och vulkanisk gas. Men vissa vulkaner, så kallade ”smygande” vulkaner, ger inga tydliga varningssignaler. Nu har forskare som studerar Veniaminof i Alaska utvecklat en modell som kan förklara och förutsäga smygande utbrott.
”Trots stora framsteg inom övervakningen utbrott vissa vulkaner med få eller inga märkbara förvarningar, vilket avsevärt ökar risken för närliggande befolkningar”, säger Dr Yuyu Li från University of Illinois, huvudförfattare till studien i Frontiers in Earth Science.
”Några av dessa vulkaner ligger nära stora flygrutter eller nära samhällen: exempel är Popocatépetl och Colima i Mexiko, Merapi i Indonesien, Galeras i Colombia och Stromboli i Italien.
”Vårt arbete hjälper till att förklara hur detta sker genom att identifiera de viktigaste interna förhållandena – såsom låg magmatillförsel och varmt berg – som gör utbrotten smygande.”
Varningssignaler
Veniaminof är en isklädd vulkan i Aleutian Arc i Alaska. Den övervakas noggrant, men endast två av dess 13 utbrott sedan 1993 har föregåtts av tillräckliga tecken för att varna observerande forskare. Faktum är att ett utbrott 2021 upptäcktes först tre dagar efter att det hade börjat.
”Veniaminof är ett fallstudie i hur en vulkan kan verka lugn samtidigt som den är redo att få ett utbrott”, säger Li. ”Det är en av de mest aktiva vulkanerna i Alaska. Under de senaste decennierna har den haft flera VEI 3-utbrott – måttliga explosiva händelser som kan skicka upp aska upp till 15 km högt, störa flygtrafiken och utgöra regionala risker för närliggande samhällen och infrastruktur – ofta utan tydliga varningssignaler.”
För att bättre förstå Veniaminof använde forskarna övervakningsdata från tre sommarsäsonger omedelbart före den smygande utbrottet 2018, som endast gav otydliga varningssignaler omedelbart före det inträffade.
De skapade en modell av vulkanens beteende under olika förhållanden som skulle förändra effekten av en fyllande magma-reservoar på marken ovanför: sex potentiella volymer av magma-reservoar, ett intervall av magma-flödeshastigheter och reservoardjup, samt tre former av reservoar. De jämförde sedan modellerna med data för att se vilka som stämde bäst och vilka förhållanden som ledde till utbrott, smygande eller andra.
Vulkanen i siffror
De fann att ett högt flöde av magma in i en kammare ökar deformationen av marken och sannolikheten för ett utbrott. Om magma flödar snabbt in i en stor kammare kanske det inte inträffar något utbrott, men om det gör det kommer marken att deformeras tillräckligt för att varna forskarna i förväg.
På samma sätt är det troligt att ett stort flöde av magma in i en liten kammare leder till en eruption, men inte en smygande sådan. Smygande eruptioner blir troliga när ett lågt flöde av magma kommer in i en relativt liten kammare. Jämfört med observationsdata tyder resultaten på att Veniaminof har en liten magmakammare och ett lågt flöde av magma.
Modellen tyder också på att olika förhållanden kan ge upphov till olika varningssignaler. Magma som strömmar in i större, plattare kamrar kan orsaka minimala jordbävningar, medan mindre, mer långsträckta kamrar kan ge upphov till små deformationer av marken. Men smygande utbrott inträffar endast när alla förutsättningar är på plats – rätt magmaflöde och rätt kammarstorlek, form och djup.
När forskarna lade till temperatur i sin modell fann de dock att om magma finns konstant över tid, så att kammarens bergart är varm, spelar storlek och form mindre roll. Om bergarten är varm är det mindre sannolikt att den bryts ned på ett sätt som orsakar märkbara jordbävningar eller deformationer av marken när magma flödar in i kammaren, vilket ökar sannolikheten för en smygande eruption.
Vad händer nu?
”För att mildra effekterna av dessa potentiella överraskande utbrott måste vi integrera högprecisionsinstrument som borrhålstiltmetrar och töjningsmätare och fiberoptisk avkänning, samt nyare metoder som infraljud och övervakning av gasutsläpp”, säger Li. ”Maskininlärning har också visat sig lovande för att upptäcka subtila förändringar i vulkanisk aktivitet, särskilt när det gäller att upptäcka jordbävningssignaler.”
Vid Veniaminof skulle åtgärder för att förbättra täckningen av satellitövervakningen och lägga till lutningsmätare och töjningsmätare kunna förbättra detekteringsgraden. Under tiden vet forskarna nu vilka vulkaner de behöver övervaka mest noggrant: vulkaner med små, varma reservoarer och långsamma magmaflöden.
”Att kombinera dessa modeller med realtidsobservationer är en lovande väg för att förbättra vulkanprognoser”, säger Li. ”I framtiden kan denna metod möjliggöra förbättrad övervakning av dessa dolda system, vilket i slutändan leder till effektivare åtgärder för att skydda närliggande samhällen.”
Mer information: Stealthy magma system behavior at Veniaminof Volcano, Alaska, Frontiers in Earth Science (2025). DOI: 10.3389/feart.2025.1535083
