Nieuwe Methodes voor Aardbeving Monitoring bij de Ontake Vulkanenuitbarsting in Japan

Luchtfoto van de Ontake-vulkaan, Honshū-eiland, Japan.

Voor gemeenschappen die in de schaduw van een vulkaan leven, zijn vroegtijdige waarschuwingssystemen van levensbelang. Wantrouwen in deze waarschuwingen kan echter dodelijke gevolgen hebben. Om valse alarmen te voorkomen, is het van cruciaal belang dat wetenschappers betrouwbaardere manieren zoeken om vulkanen te monitoren.

Een nieuwe studie, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Seismica door onderzoekers van de Universiteit van Oxford, heeft een seismisch signaal onderzocht dat bekend staat als het splitsen van schuifgolven. Dit kan wetenschappers en gemeenschappen voorzien van essentiële vroege waarschuwingen voor een gevaarlijke uitbarsting.

Grote bewegingen van magma en gesteente binnen een vulkaan veroorzaken de vrijlating van seismische golven, maar deze signalen kunnen moeilijk te ontrafelen zijn. Het doel van dit onderzoek was het vinden van een bruikbaar parameter dat niet alleen kan voorspellen of er een uitbarsting zal plaatsvinden, maar ook of deze bijzonder schadelijk zal zijn.

Splitsen van schuifgolven

Splitsen van schuifgolven is een fenomeen waarbij seismische schuifgolven met verschillende snelheden reizen, afhankelijk van hun polarisatie. Scheuren en breuken in het gesteente kunnen seismische golven vertragen, maar hebben een groter vertraag effect op de golven die over deze scheuren en breuken reizen. Als de scheuren in één richting zijn uitgelijnd, neemt de hoeveelheid splitsen van schuifgolven toe.

Magma en vloeistoffen die zich onder een vulkaan verplaatsen, oefenen druk uit op de omliggende gesteenten, waardoor scheuren in bepaalde oriëntaties openen en in andere sluiten. Het bestuderen van veranderingen in het splitsen van schuifgolven in de tijd kan bijzonder nuttig zijn voor wetenschappers, omdat het hen vertelt waar deze scheuren openen en sluiten.

Het onderzoeksteam wilde deze theorie verder testen en nagaan of de grotere spanningsveranderingen tijdens een explosieve uitbarsting ook een significante verandering in de hoeveelheid splitsen van schuifgolven veroorzaakten. “Seismische anisotropie — of het effect van de samenstelling van gesteente en interne breuken op de snelheid van schuifgolven die haaks op elkaar oscilleren — is een goed gedocumenteerd fenomeen,” zei professor Mike Kendall van de Universiteit van Oxford. “Toen we nadachten over hoe anisotropie toeneemt naarmate de druk binnen een vulkaan toeneemt, waren we enthousiast om te onderzoeken of we deze veranderingen konden detecteren en of dit een onderscheidend signaal zou kunnen zijn dat kan worden toegepast op vroege waarschuwingssystemen.”

Waarnemingen bij de Ontake-vulkaan

Het onderzoeksteam testte deze theorie door seismische signalen te onderzoeken tijdens twee uitbarstingen van de Ontake-vulkaan op Honshū-eiland in Japan. De uitbarsting in 2007 was klein en had veel minder impact op de omliggende gemeenschap, terwijl de uitbarsting in 2014 groter, explosiever en helaas dodelijker was.

Ze waren enthousiast om te ontdekken dat de hoeveelheid splitsen van schuifgolven tijdens de kleinere uitbarsting constant bleef, maar tijdens de grotere uitbarsting verdubbelde de hoeveelheid splitsen net voordat de Ontake explodeerde. Het team gelooft dat de grotere spanningsverandering tijdens de uitbarsting in 2014 de waargenomen splitsing van schuifgolven verhoogde, wat wijst op een nuttige relatie tussen de hoeveelheid splitsen en de omvang van de uitbarsting.

Co-auteur professor Toshiko Terakawa van de Nagoya University merkte op: “De focusmechanismen van vulkaan-tectonische aardbevingen veranderden drastisch voor en na de uitbarsting in 2014. Het integreren van gegevens van het splitsen van schuifgolven en de focusmechanismen van aardbevingen kan diepere inzichten bieden in de voorwaarden die vereist zijn voor een uitbarsting.” Co-auteur professor Martha Savage van de Victoria University of Wellington voegde toe: “De gegevens rond twee uitbarstingen van de Ontake-vulkaan hebben aangetoond dat deze methode niet alleen veranderingen voor uitbarstingen kan laten zien, maar ook kan helpen om de omvang van een uitbarsting te voorspellen. Dit werk is een voorbeeld van hoe samenwerking tussen mensen van over de hele wereld belangrijke maatschappelijke problemen kan aanpakken.”

Een waardevol vroegtijdig waarschuwingssystem

Omdat de verandering in het splitsen van schuifgolven plaatsvond voordat de uitbarsting van de Ontake begon, zullen wetenschappers die de vulkaan monitoren dit parameter kunnen gebruiken als een vitaal vroegtijdig waarschuwingssystem en als een indicator van hoe schadelijk de uitbarsting kan zijn. Dit biedt een nieuwe manier om lokale gemeenschappen te beschermen tegen de verwoestende gevolgen van een vulkanische uitbarsting.

“We verwachten deze effecten ook bij andere vulkanen over de hele wereld te zien, niet alleen bij de Ontake-vulkaan,” zei co-auteur Dr. Tom Kettlety van de Universiteit van Oxford. “Naarmate de veranderingen in vulkanische spanning optreden vóór een uitbarsting, verwachten we dat we veranderingen in het splitsen van schuifgolven zullen zien. Dit zou een waardevol hulpmiddel kunnen zijn voor vroege waarschuwingen van vulkanische uitbarstingen, vooral voor lokale gemeenschappen.”

Dit werk maakt deel uit van een levendig onderzoeksprogramma in vulkanologie en geothermische energie aan Oxford. Recent gepubliceerde studies over de “zombie”-vulkaan Uturuncu hebben unieke inzichten getoond in de architectuur van vulkanen, die het type gevaarmonitoring aanvullen dat wordt uitgevoerd bij de Ontake-vulkaan.