Wetenschappers speculeren waarom vulkanen uitbarsten

Hoe beter wetenschappers het proces verstaan hoe het komt dat vulkanen uitbarsten, hoe beter ze zullen kunnen voorspellen wanneer een vulkaan zal uitbarsten. En ook hoe groot de uitbarsting zal zijn en hoe lang ze zal duren. Momenteel hebben de wetenschappers wel een algemeen idee van waarom vulkanen uitbarsten en hoe dit proces dan juist in zijn werk gaat. Namelijk dat het ondergrondse magma ervoor zorgt dat magma en andere gassen naar het aardoppervlak geduwd wordt. Maar doordat er niet erg veel vulkaanuitbarstingen voorkomen, in het niet eenvoudig om alles in detail te gaan bestuderen.

Eén vulkaan, die de vulkanologen denken ongeveer volledig te verstaan, is de Italiaanse vulkaan Stromboli. De Stromboli is een vulkaan die de afgelopen 1000 jaar om 5 à 20 minuten as en magma tientallen meter in de lucht spuwt. De afgelopen jaren gaan vulkanologen uit van één theorie die verklaart waarom vulkanen uitbarsten. Namelijk dat er grote hoeveelheden gas in het magma ervoor zorgt dat die vulkaan zo vaak uitbarst. Het gas zorgt dat er grote gasbellen ontstaan - ter grootte van een zwembad - en deze gasbellen verplaatsen zich door honderden meter in het magma vooraleer deze het oppervlak bereikt.

Maar deze theorie zou wel eens incorrect kunnen zijn. Volgens een Jenny Suckale, een laatstejaarsstudent aan MIT's department of Earth, Atmospheric and Planetary Science (EAPS), die een gesoftificeerd computermodel heeft opgesteld waarmee de Stromboli vulkaan mee gesimuleerd kan worden. Tijdens zijn onderzoek constateerde Suckale dat enorme gasbellen niet aan de oorzaak kunnen liggen van de uitbarstingen van de Stomboli. De reden hiervoor is dat dergelijke gasbellen niet compatibel zijn met de basiswetten van de stromingsleer. Suckale denkt dat een sponsachtige prop in de 'leiding', die de krater van de vulkaan met de ondergrondse magma, zit. Deze prop gaat na een tijdje kapot wanneer de druk van de onderliggende magma te groot wordt. Wanneer de kurk stuk gaat dan verkrijgt men ongeveer hetzelfde effect net als wanneer men een champagne fles opent en de kurk laat wegschieten. De druk onderaan het kurk neemt toe wanneer er steeds meer kleine gasbellen onder de kurk verzamelen.

Ondanks dat alle vulkanen volgens een verschillend proces werken, de uitbarstingen zijn veroorzaakt door gassen, van anderen zijn de uitbarstingen veroorzaakt door opstijgende magma of door interactie tussen de magma en water. Het zou, volgens Suckale, toch belangrijke stap in de vulkanologie zijn om het mechanisme waardoor de Stromboli uitbarst volledig te snappen. Want er bestaan ook verschillende andere vulkanen op aarde die waarschijnlijk door hetzelfde mechanisme uitbarsten als de Stromboli.

Het probleem met de 'grote-gasbel-theorie' die tot nu toe gebruikt werd als verklaring van de uitbarstingen van de Stromboli, is dat er tegenstrijdigheid is met de basiswetten van de stromingsleer. Dergelijke grote gasbellen hebben een te kleine oppervlakte spanning en viscositeit om dergelijke gasbellen groter te laten worden dan een tiental centimeters. Deze foutieve veronderstelling komt waarschijnlijk doordat hierbij verondersteld werd dat de gasbellen zich hetzelfde gedragen als gasbellen in water. Maar om deze nieuwe theorie van Suckale te testen hebben ze, net als bij de 'grote-gasbel-theorie', een computermodel opgesteld van de eigenschappen van het magma-mengsel dat zich in de vulkaan bevindt. Aan de hand van dit model onderzoekt men dan het gedrag van gasbellen in het magma-mengsel. Het computermodel start vanuit een simulatie van de vulkaan maar op een veel kleinere schaal en onder lab-omstandigheden. Door dan telkens de schaal te vergroten en de verschillende parameters aan de grotere schaal aan te passen verkrijgt men dan een idee van het gedrag van de gasbellen in werkelijkheid. Maar Suckale ontdekte dat wanneer de schaal groter wordt dat dergelijke gigantische gasbellen, waar de 'grote-gasbellen-theorie' vanuit gaat', slechts een paar seconden zou kunnen overleven door teveel instabiele krachten zoals oppervlakte spanning en viscositeit.

Suckale gaat er ook nog steeds van uit dat er gasbellen aanwezig zijn in de Stromboli. En deze gasbellen ontstaan nog dieper in de aarde door een tot nu toe nog onbekende bron. Maar zijn theorie zijn deze gasbellen slechts een paar centimeter in diameter en niet een paar meter zoals de 'grote-gasbellen-theorie' verondersteld. Maar wanneer al deze kleine gasbellen verzamelen onder de sponsachtige prop die zich in de 'leiding' van de vulkaan bevindt, dan worden ze samen wel een grotere gasbel. En deze grote gasbel zorgt er dan uiteindelijk voor dat de prop naar boven wordt geduwd. Wanneer dit gebeurt dan vliegt er gas, stenen, as en vloeibare magma de lucht in.

Momenteel is Suckale aan het werken aan een nieuw model waarmee ze ook het ontstaan van de prop in de 'leiding' in de vulkaan kan verklaren en wat er exact mee gebeurt wanneer de vulkaan uitbarst. Indien dit uitgeklaard is dan begrijpt men hoe het komt dat de Stromboli zo vaak uitbarst in vergelijking met ander vulkanen op aarde.

via [web.mit]