En del människor tror att vulkanutbrott orsakas av ödet. Andra tror att ett vulkanutbrott är ett tecken på att ett berg är upprört eftersom invånarna som bor i närheten har syndat.

Men vetenskapen har en annan förklaring.

Vulkaner är kanaler som förflyttar underjordisk smält sten som kallas magma från jordskorpan upp till jordytan. Dessa kanaler har former som koner, sköldar eller calderas. Under en vulkan ligger en magmakammare, en reservoar av en enda stor kropp av smält bergart.

Det är ökad magmarörelse inom en vulkan som orsakar ett utbrott. Dessa rörelser utlöses av olika processer som sker under, inuti och ovanför magmakammaren.

Under magmakammaren

Vulkaner som ligger i subduktionszoner – där jordens rörliga plattor kolliderar, vilket gör att den ena plattan sjunker ner under den andra – får en stadig injektion av ny smält sten i magmakammaren.

Under magmakammaren smälter värmen från jordens kärna delvis befintliga bergarter till ny magma. Denna nya smälta sten kommer så småningom in i magmakammaren. När kammaren, som redan är fylld med en viss volym, inte kan innehålla den nya magman, kommer överskottet att skjutas ut genom utbrott.

Denna process sker vanligtvis i cykler, så det är möjligt att förutsäga utbrott som orsakas av den. Mount Papandayan på västra Java, som ligger på toppen av mötet mellan den eurasiska och den indo-australiska plattan, har en 20-årig cykel och kan nästa gång få ett utbrott år 2022. Det senaste utbrottet skedde 2002.

Tidsperioden mellan utbrotten beror på hur snabbt berget smälter, vilket påverkas av hastigheten på den sjunkande plattan. Jorden har flera subduktionszoner och de subducerande plattorna rör sig i allmänhet med en konstant hastighet på upp till 10 centimeter per år. För Papandayan är hastigheten för den indo-australiska plattan som subducerar under den eurasiska plattan cirka 7 cm per år.

Inuti magmakammaren

Aktiviteter inuti magmakammaren kan också orsaka utbrott. Inne i kammaren kristalliseras magma på grund av den sjunkande temperaturen. Den kristalliserade magman, som är tyngre än de halvflytande smälta stenarna, sjunker ner till kammarens golv. Detta pressar resten av magman uppåt och ökar trycket på kammarens lock. Ett utbrott sker när locket inte längre kan hålla trycket. Detta sker också i cykler och kan förutsägas.

En annan viktig process inne i magmakammaren är när magmablandningen blandas med omgivande stenar. Denna process kallas assimilation. När magma rör sig interagerar den med stenar på kammarens beklädnad.

I vissa fall har vulkaner vägar för magman att strömma ut till ytan. Men om det inte finns någon väg kommer magman att tvinga sig själv till ett område där trycket är lägre. Detta kan leda till att väggarna som omger kammaren kollapsar.

Föreställ dig att du släpper en tegelsten i en hink full med vatten. Det första som skulle hända är att vatten stänker ut ur hinken.

Det stänk av magma som orsakas av den kollapsande kammarväggen kommer att orsaka ett utbrott. Utbrott från denna process är svåra att förutsäga.

Ovanför magmakammaren

Uppbrott kan också ske på grund av tryckförlust ovanför magmakammaren. Detta kan orsakas av olika saker, t.ex. en minskning av tätheten hos stenarna ovanför kammaren eller smältning av isen ovanpå en vulkan. En tyfon som passerar en vulkan i kritiskt tillstånd kan också förvärra styrkan i ett utbrott.

Rockar som täcker magmakammaren kan gradvis mjukna på grund av förändringar i mineralsammansättningen. En minskning av tätheten hos de täckande bergarterna gör så småningom att de inte kan hålla kvar trycket från magman.

Vad orsakar denna mineralogiska förändring? Ibland har vulkaner sprickor på ytan som gör att vatten kan sippra in och interagera med magma. När detta sker uppstår hydrotermiska förändringar av bergarter, vilket resulterar i utbrott.

Det är också viktigt var magman lämnar vulkanen. Om lava eller pyroklastiska stenar kommer ut genom sidan av en vulkan kan gravitationen få den delen av vulkanen att kollapsa, vilket orsakar en plötslig förlust av täckande tryck. Stora utbrott sker vanligtvis ögonblickligen efter en sektorkollaps.

Glaciärsmältning

Den globala uppvärmningen kan orsaka fler utbrott genom att glaciärer ovanpå vulkaner smälter. När stora volymer is ovanpå vulkaner smälter minskar trycket ovanför magmakammaren. Magma kommer att stiga upp för att hitta ett nytt tillstånd av balans och orsaka ett utbrott.

En studie har visat att det enorma utbrottet av Eyjafjallajökull på Island 2010 utlöstes av detta. Island förlorar uppskattningsvis 11 miljarder ton is varje år, så det kan fortfarande finnas mer.

År 1991 hade berget Pinatubo i Filippinerna ett stort utbrott när tyfonen Yunya slog mot vulkanen och dess omgivningar. Pinatubo mullrade redan, men tyfonen förvärrade explosionens styrka.

Tyfonens höga hastighet gjorde att området runt omkring förlorade betydande tryck. Som en följd av detta sveptes luftpelaren ovanför vulkanen in i tyfonens bana. Mount Pinatubo upplevde en tryckförändring och ett stort utbrott var oundvikligt.

Med tanke på den viktiga roll som magma spelar när det gäller att utlösa vulkanutbrott kan närmare studier av magma bidra till att förutsäga dessa spektakulära naturhändelser.