Der Vulkan Westdahl Peak in Alaska brach zuletzt 1992 aus, und die anhaltende Expansion deutet auf einen baldigen weiteren Ausbruch hin. Experten prognostizierten zuvor die nächste Explosion für 2010, aber der Vulkan, der sich unter etwa 1 Kilometer Gletschereis befindet, muss noch ausbrechen. Inspiriert vom Vulkan Westdahl Peak untersuchte eine neue Studie zur Vulkanmodellierung, wie sich Gletscher auf die Stabilität und kurzfristige Eruptionszyklen von Vulkansystemen in hohen Breiten auswirken – von denen einige entlang wichtiger Flugrouten existieren.
Die Studie unter der Leitung von Lilian Lucas, Studentin an der University of Illinois Urbana-Champaign, zusammen mit dem Doktoranden Jack Albright, dem ehemaligen Doktoranden Yan Zhan und der Geologieprofessorin Patricia Gregg, verwendete numerische Finite-Elemente-Modelle, um die Stabilität des Gesteins zu untersuchen, das vulkanische Systeme umgibt. aber mit einer neuen Wendung. Das Team berücksichtigte den zusätzlichen Druck von Gletschereisvulkanen bei der Vorhersage des Zeitpunkts von Eruptionen.
„Vulkanprognosen beinhalten viele Variablen, einschließlich der Tiefe und Größe der Magmakammer eines Vulkans, der Geschwindigkeit, mit der Magma diese Kammer füllt, und der Stärke der Felsen, die die Kammer enthalten, um nur einige zu nennen“, sagte Lucas. „Die Berücksichtigung des darüber liegenden Drucks durch polare Eiskappen ist eine weitere kritische, aber kaum verstandene Variable.“
Der Vulkan Westdahl Peak, der sich entlang der Aleuten-Inselkette in Westalaska befindet, dient als großartiges Modell für Studien, da er gut instrumentiert ist und vom Alaska Volcano Observatory kontinuierlich überwacht wird, sagten die Forscher.
„Die Aleuten sind ziemlich abgelegen, aber sie liegen an einer wichtigen Flug- und Handelsroute, die Nordamerika und Ostasien verbindet“, sagte Albright. „Vulkanasche in der Atmosphäre ist gefährlich für Flugzeugtriebwerke und kann zu erheblichen Störungen des Flugverkehrs führen, daher können genauere Vorhersagen – selbst im monatelangen Maßstab – wichtige Sicherheitsinformationen für den Flugverkehr und die Anwohner in der Nähe liefern.“
Um festzustellen, wie sich der Druck des Polareises auf den Zeitpunkt von Eruptionen auswirken kann, führte das Team Computersimulationen von Magmareservoiren unterschiedlicher Größe und Form durch, berichtete die Studie. Die Forscher variierten den Fluss oder die Menge an Magma, die von unten in das System eintritt, um festzustellen, wann der entsprechende Druck die Stärke des umgebenden Gesteins übersteigt, was zu einem Gesteinsbruch führen kann, der zu einem Ausbruch führt.
„Wir fügen dann Parameter für unterschiedliche Eisdicken in jedes Modellszenario ein und vergleichen, wie lange es dauert, bis dieser Punkt des Versagens mit und ohne Eis erreicht wird“, sagte Albright.
Die Studie berichtete, dass im Verhältnis zu der Zeit, die es dauern sollte, bis der Westdahl Peak ohne Gletschereis ausbricht, das Vorhandensein von Eis die Stabilität des Magmasystems erhöht und das Datum des Ausbruchs um etwa sieben Jahre verzögert.
„Genauer gesagt berechneten die Modelle ohne das Vorhandensein des einschränkenden Drucks der Eiskappe eine Zeit bis zum Ausbruch von etwa 93 Jahren“, sagte Lucas. „Das Hinzufügen einer 1 Kilometer dicken Eiskappe zum Modell erhöht dann das Eruptionsdatum auf etwa 100 Jahre. Modelle sind kein perfektes Werkzeug, um zukünftige Eruptionen vorherzusagen, aber wir interessieren uns hauptsächlich für die Zunahme in dieser Zeit als Folge der erhöhten Eislast.“
Generell deuten die Studienergebnisse darauf hin, dass Eisdicken von 1 bis 3 Kilometern eisbedeckte Vulkanausbrüche um Jahre bis Jahrzehnte verzögern können.
„Diese zeitliche Verlängerung mag auf geologischer Ebene unbedeutend erscheinen, aber auf menschlicher Zeitskala ist sie signifikant“, sagte Gregg. „In Zukunft wird es wichtig sein, die Gletschereisbedeckung bei zukünftigen Prognosebemühungen zu berücksichtigen.“
Das Team räumte ein, dass frühere Studien untersuchten, wie saisonale Veränderungen wie die jährliche Schneedecke das Eruptionsintervall von Vulkanen beeinflussen könnten. Im Vergleich zur gesamten darüber liegenden Last, die die Magmakammer überwinden muss, um auszubrechen, spielen kleine jahreszeitliche Schwankungen für die meisten Systeme jedoch wahrscheinlich keine große Rolle.
„Saisonaler Eisverlust kann den Ausbruchszeitpunkt für Systeme beeinflussen, die kurz vor dem Ausfall stehen“, sagte Zhan. „Darüber hinaus wird es wichtig sein zu berücksichtigen, wie sich der Klimawandel und die Gletschereisschmelze in Zukunft auf den Westdahl Peak und andere Vulkane in hohen Breiten auswirken könnten.“
Die Ergebnisse der Studie werden in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen in der Geowissenschaft.
Lilian C. Lucas et al, The Impact of Ice Caps on the Mechanical Stability of Magmatic Systems: Implications for Forecasting on Human Timescales, Grenzen in der Geowissenschaft (2022). DOI: 10.3389/feart.2022.868569. www.frontiersin.org/articles/1 … art.2022.868569/full