Nonostante un'ampia conoscenza dei vulcani, la nostra capacità di prevedere i tempi, durata, genere, dimensione, e le conseguenze delle eruzioni vulcaniche sono limitate, afferma un nuovo rapporto delle National Academies of Sciences, Ingegneria, e Medicina. Per migliorare la previsione delle eruzioni e gli avvisi per salvare vite umane, il rapporto identifica le priorità di ricerca per un migliore monitoraggio delle eruzioni vulcaniche e tre grandi sfide che la comunità scientifica dei vulcani deve affrontare.

Il monitoraggio dei vulcani è fondamentale per prevedere le eruzioni e mitigare i rischi dei loro pericoli. Però, pochi vulcani sono adeguatamente osservati, e molti non sono affatto monitorati. Per esempio, meno della metà dei 169 vulcani potenzialmente attivi negli Stati Uniti ha un sismometro, uno strumento per rilevare piccoli terremoti che segnalano il movimento del magma sotterraneo. E solo tre hanno misurazioni continue del gas, che sono cruciali perché la composizione e la quantità di gas disciolti nel magma guidano le eruzioni. Il monitoraggio avanzato combinato con i progressi nei modelli sperimentali e matematici dei processi vulcanici può migliorare la comprensione e la previsione delle eruzioni, dice il rapporto.

Il comitato che ha condotto lo studio e ha scritto il rapporto ha anche evidenziato la necessità di misurazioni satellitari della deformazione del suolo e delle emissioni di gas, osservazioni di droni, monitoraggio sismico avanzato, e l'acquisizione in tempo reale ad alta velocità dei dati durante le eruzioni. Nuovi approcci nelle capacità analitiche per decifrare la storia del magma, e modelli concettuali e sperimentali di fenomeni magmatici e vulcanici, fornirà nuove informazioni sui processi che spiegano come viene generato ed erutta il magma.

"Ci sono stati grandi miglioramenti nei modelli concettuali dei fenomeni vulcanici, rispetto a quelli usati qualche decennio fa, ma la comunità scientifica dei vulcani non è ancora adeguatamente preparata per la prossima grande eruzione, " ha detto Michael Manga, professore nel dipartimento di scienze della terra e planetaria dell'Università della California, Berkeley, e presidente del comitato. "Ci sono sfide fondamentali che devono essere affrontate e richiedono uno sforzo sostenuto da tutte le discipline. Lavorando verso queste grandi sfide, la comunità scientifica dei vulcani può aiutare a quantificare l'effetto globale delle eruzioni e mitigare i rischi, in ultima analisi, a beneficio di milioni di persone che vivono in aree vulcanicamente attive".

Il comitato ha delineato diverse questioni chiave e priorità di ricerca in aree come i processi che muovono e immagazzinano il magma sotto i vulcani; come iniziano le eruzioni, evolvere, e fine; come erutta un vulcano; previsione di eruzioni; la risposta dei paesaggi, oceani, e l'atmosfera alle eruzioni vulcaniche; e la risposta dei vulcani ai cambiamenti sulla superficie terrestre.

Sulla base di queste priorità di ricerca, il comitato ha identificato tre grandi sfide generali per far progredire la scienza e il monitoraggio dei vulcani:

Prevedere le dimensioni, durata, e rischio di eruzioni integrando le osservazioni con i modelli

Le previsioni attuali si basano sul riconoscimento dei modelli nei dati di monitoraggio. Questi approcci hanno avuto un successo misto perché i dati di monitoraggio non catturano la diversità dei vulcani o la loro evoluzione nel tempo. Un approccio basato su modelli di processi fisici e chimici, informati dai dati di monitoraggio, come avviene nelle previsioni del tempo, potrebbe migliorare l'accuratezza delle previsioni di eruzione. Tale approccio richiede l'integrazione di dati e metodologie provenienti da più discipline, dice il rapporto.

Quantificare i cicli di vita dei vulcani e superare la nostra attuale comprensione distorta

La comprensione attuale del ciclo di vita di un vulcano è distorta perché viene studiato solo un piccolo numero di vulcani. Monitoraggio esteso da terra, mare, e lo spazio può superare alcuni di questi pregiudizi osservativi, dice il rapporto. L'espansione e il mantenimento delle capacità di monitoraggio e il supporto dell'infrastruttura per rendere disponibili i dati storici e di monitoraggio sono fondamentali per far progredire la comprensione dei processi vulcanici e valutare i rischi vulcanici. Il comitato ha osservato che le tecnologie emergenti come sensori economici, droni, e nuovi metodi geochimici microanalitici sono strumenti promettenti per fornire nuove informazioni sull'attività vulcanica.

Costruire una comunità scientifica coordinata sui vulcani

Quasi 100 vulcani eruttano da qualche parte sulla Terra ogni anno. Rafforzare la ricerca multidisciplinare, partnership nazionali e internazionali di ricerca e monitoraggio, e le reti di formazione possono aiutare la comunità di ricerca a massimizzare i progressi scientifici che risultano dallo studio delle eruzioni in tutto il mondo, ha detto il comitato.

Il rapporto cita l'eruzione in corso al vulcano Bogoslof in Alaska come esempio che mette in evidenza queste tre sfide. un telecomando, vulcano inizialmente sottomarino nell'arco delle isole Aleutine, l'eruzione è iniziata a fine dicembre 2016 e l'attività è continuata a partire da febbraio 2017. In un solo mese, il vulcano ha prodotto numerose esplosioni con pennacchi in aumento 20, 000-35, 000 piedi, rappresentare un pericolo significativo per l'aviazione del Pacifico settentrionale. L'Osservatorio vulcanologico dell'Alaska (AVO) degli Stati Uniti ha fatto affidamento su sismometri distanti, dati satellitari, infrasuoni, e rilevamento dei fulmini per monitorare l'attività perché non ci sono strumenti a terra sul vulcano. Il comitato ha affermato che l'AVO è stata in grado di fornire un allarme tempestivo solo per alcuni di questi eventi pericolosi. Questa eruzione sottolinea anche la comprensione limitata dell'eruzione del magma. In più di 20 eventi discreti, il vulcano emergente ha ripetutamente rimodellato le sue coste, fornendo istantanee delle interazioni vulcano-paesaggio.