VERSUS: lavameren bestuderen en opvolgen vanuit de ruimte

#Webstory, #STEREO, #Vulkaan, #Afrika

Gepubliceerd op 17 maart 2023

Teledetectie via satelliet is een essentiële techniek geworden om vulkanen te bestuderen en te volgen. Deze aanpak vormt een sterke aanvulling op de traditionele monitoringtechnieken op de grond en is bijzonder nuttig wanneer vulkanen moeilijk toegankelijk zijn. Vulkanische processen - uitstoot van gas, as en lava, warmtestraling, topografische veranderingen, bodemvervorming - kunnen nauwkeurig worden gemeten met satellietbeelden. De nieuwste initiatieven en innovaties, zoals het Copernicus-programma van de Europese Commissie en de CubeSat-constellatie van Planet Labs, hebben nieuwe wegen geopend om de teledetectie van vulkanen te verbeteren.

Sinds 2006 financiert het STEREO-programma van het Belgische wetenschapsbeleid verschillende onderzoeksprojecten die gericht zijn op het bestuderen van actieve vulkanen en het beoordelen van de bijbehorende gevaren met behulp van teledetectietechnieken. Het spin-offproject VERSUS (STEREO-III-programma, 2019-2022) heeft dit erfgoed benut door geavanceerde technieken te ontwikkelen die gebruikmaken van nieuwe generaties satellieten en sensoren om actieve vulkanen met zeldzame en fascinerende kenmerken te bestuderen: lavameren.

Foto van het lavameer van Nyiragongo (foto © B. Smets)

Foto van het lavameer van Nyiragongo (foto © B. Smets)

Een lavameer is een bekken van lava dat via een open kanaal verbonden is met een magmatisch reservoir in de aardkorst. De lava blijft gesmolten dankzij gas- en warmtegestuurde convectiebewegingen. Wanneer lavameren jaren of decennia blijven bestaan, zoals bij de vulkanen Nyiragongo (Oost-D.R. Congo) en Kīlauea (Hawaii, VS), kan hun dynamiek drukveranderingen in het vulkanische leidingstelsel weerspiegelen. Hierdoor krijgen wij waardevolle inzichten in de magmatische en vulkanische processen die de eruptieve activiteit controleren.

In het VERSUS-project bestudeerden onderzoekers van het Koninklijk Museum voor Midden-Afrika, het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aëronomie, het Europees Centrum voor Geodynamica en Seismologie (Luxemburg) en de U.S. Geological Survey de vulkanen Nyiragongo en Kīlauea met behulp van teledetectie per satelliet en metingen vanaf de grond. Doel was de variaties in het lavameerniveau beter te begrijpen en ze in verband te brengen met gevaarlijke flankuitbarstingen. De resultaten van het project toonden aan dat aanzienlijke dalingen in het niveau van de lavameren – soms tientallen meters – in verband kunnen worden gebracht met ondergrondse magmabewegingen. Dit leert ons dat, ook al kunnen lavameren helpen de druk in een vulkaan te verminderen door gas uit het systeem te laten ontsnappen, er toch intrusies in de korst kunnen optreden.

Lava lake level, SO2 emissions and hotspot detection time-series over Nyiragongo volcano, produced using satellite remote sensing. The plots show the impact of the 2021 flank eruption

Tijdreeksen van lavameren, SO2-emissies en hotspotdetectie boven de vulkaan Nyiragongo, geproduceerd met behulp van teledetectie per satelliet. De plots tonen de impact van de flankuitbarsting van 2021.

Op 22 mei 2021 barstte de Nyiragongo zonder enige waarschuwing uit, waarbij dodelijke lavastromen ontstonden die in de stad Goma (~1 miljoen inwoners) grote verwoestingen aanrichtten. De flankuitbarsting werd gevolgd door een seismische crisis veroorzaakt door zeer ondiepe magmabewegingen (<500m) onder Goma en het Kivumeer.

Het VERSUS-project analyseerde deze uitbarsting in detail en de resultaten werden gepubliceerd in Nature (Smittarello et al., 2022 – open-access). Uit de studie blijkt dat de combinatie van magmaopslag dicht bij het oppervlak en aanhoudende lavameeractiviteit een uitdaging vormt voor de opvolging van vulkanen, aangezien flankuitbarstingen kunnen plaatsvinden met slechts zeer korte termijn (d.w.z. minuten) waarschuwingen. De ondiepe magmatische intrusie die volgde op de uitbarsting van de Nyiragongo op 22 mei 2021 doet ook vrezen voor nog gevaarlijker scenario's, zoals lava die dichtbevolkte gebieden binnen stroomt of explosieve interacties met het gasrijke Kivumeer (een zogenaamde freatomagmatische of limnische uitbarsting).

Freatomagmatische uitbarstingen zijn vulkaanuitbarstingen die het gevolg zijn van de interactie tussen magma en water. Zij worden aangedreven door thermische contractie (in tegenstelling tot magmatische uitbarstingen, die worden aangedreven door thermische expansie) van magma wanneer het in contact komt met water.

Limnische uitbarstingen zijn een zeer zeldzaam type natuurramp waarbij opgeloste CO2 plotseling uit het diepe water van een meer opgestuwd wordt en een gaswolk vormt die wilde dieren, vee en mensen kan verstikken. Een limnische uitbarsting kan ook een tsunami of seiche veroorzaken doordat de opstijgende CO2 het water verdringt.

 

Samengevat heeft het VERSUS-project de noodzaak onderstreept om lavameren verder te bestuderen, aangezien zij belangrijke informatie verschaffen over magmatische en vulkanische processen, die ons helpen actieve en gevaarlijke vulkanen beter te begrijpen en te volgen.

Hotspotdetectie van lavameeractiviteit bij Kīlauea, op 4 september 2022. Het satellietbeeld is afkomstig van Sentinel-2 MSI en komt overeen met een versterkt samengesteld beeld in ware kleur met daaroverheen hotspots.

Hotspotdetectie van lavameeractiviteit bij Kīlauea, op 4 september 2022. Het satellietbeeld is afkomstig van Sentinel-2 MSI en komt overeen met een versterkt samengesteld beeld in ware kleur met daaroverheen hotspots.

Onderzoekers van het VERSUS-project:

Benoît Smets
Royal Museum for Central Africa / Vrije Universiteit Brussel
benoit.smets@africamuseum.be
Nicolas Theys
Royal Belgian Institute for Space Aeronomy
nicolas.theys@aeronomie.be
Nicolas d’Oreye
European Centre for Geodynamics and Seismology / National Museum of Natural History (Luxembourg)
ndo@ecgs.lu

 

Meer informatie: