Uit de historische uitbarstingsgegevens van de Italiaanse Etna-vulkaan blijkt dat dezelfde vulkaan via compleet verschillende ondergrondse kanalen kan uitbarsten, waardoor het traditionele begrip van de geologische gemeenschap over de consistente stabiliteit van het ‘pijpleidingsysteem’ binnen de vulkaan wordt ondermijnd.Een recente studie onder leiding van de Cornell University in de Verenigde Staten reconstrueerde het ondergrondse magma-activiteitsproces van twee grote uitbarstingen van de Etna en ontdekte dat het interne "pijpleidingsysteem" werd aangedreven door totaal verschillende mechanismen in verschillende historische perioden. Verwacht wordt dat dit resultaat meer geavanceerde technische middelen zal opleveren voor toekomstige risicobeoordeling van vulkaanuitbarstingen.
Het onderzoeksteam wees erop dat het ‘pijpleidingsysteem’ in een vulkaan zich vaak diep onder de grond uitstrekt en een zeer complex netwerk vormt. Zelfs bij dezelfde vulkaan kan het magma langs totaal verschillende paden opstijgen en tijdens verschillende uitbarstingen de druk loslaten. Dit samenwerkingsproject, geleid door Esteban Gazel, de Charles N. Melos-leerstoelprofessor bij de afdeling Aard- en Atmosferische Wetenschappen aan de Cornell Universiteit, koos de Etna-vulkaan, die een relatief "eenvoudige" structuur heeft en wordt gedomineerd door vluchtige materie, als object, en analyseerde systematisch magmakristalmonsters van twee representatieve uitbarstingen van deze vulkaan in het verleden.
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geochemistry, Geophysics, Geosystems. De eerste auteur van het artikel is Maxim Gavrilenko, een voormalig postdoctoraal onderzoeker aan de Cornell University. Gazelle is al lang geïnteresseerd in de mechanismen van vulkaanuitbarstingen, vooral welke factoren gewelddadige explosieve uitbarstingen veroorzaken en de dominante rol die verschillende vluchtige componenten in dit proces spelen.
Het onderzoeksteam benadrukte dat de vraag of een vulkaanuitbarsting explosief is, nauw verband houdt met de viscositeit van het magma en de hoeveelheid en distributie van vluchtige gassen in het magma. Gazelle gebruikte een koolzuurhoudende drank als analogie: als je een frisdrankfles opent die niet is geschud, loopt deze soepel leeg; maar als je er krachtig mee schudt en vervolgens de fles opent, zullen de belletjes in de fles snel uiteenvallen en uitzetten, waardoor een gewelddadige uitbarsting ontstaat. Het uitbarstingsproces van een vulkaan lijkt hier tot op zekere hoogte op.
Water en koolstofdioxide zijn de twee belangrijkste vluchtige componenten in vulkanisch magma. De geologische gemeenschap beschouwt water al lang als de belangrijkste vluchtige component die het gedrag van vulkaanuitbarstingen domineert. Het onderzoeksteam van Gazelle stelde echter in een onderzoek uit 2023 voor dat kooldioxide ook direct explosieve uitbarstingen kan veroorzaken. Deze conclusie komt voort uit hun nieuwe methode om Raman-spectroscopie te gebruiken om kleine belletjes in magmakristallen te analyseren.
Met behulp van Raman-spectroscopie konden de onderzoekers de kooldioxidedichtheid meten van micronbellen in kristalinsluitsels in het magma, die slechts ongeveer een procent tot een tiende van de dikte van een mensenhaar zijn. Gavrilenko zei dat het team, na het verkrijgen van de dichtheid van koolstofdioxide, deze in druk had omgezet met behulp van de toestandsvergelijking, en vervolgens de diepte van het magma op basis van de druk had berekend, waardoor de driedimensionale structuur van het interne pijpsysteem van de vulkaan met ongekende nauwkeurigheid werd gereconstrueerd.
In deze studie paste het team deze technologie toe op twee belangrijke uitbarstingen van de Etna. De resultaten toonden aan dat dezelfde vulkaan magma en gas kan vrijgeven via totaal verschillende "kanalen" in verschillende historische perioden. Een van de uitbarstingen die plaatsvond in 122 voor Christus was extreem groot. De magmasamenstelling behoorde tot de mafische categorie met lage viscositeit en het uitbarstingstype werd geclassificeerd als "Plinian" - dit is de meest gewelddadige uitbarstingsgraad genoemd naar Plinius de Oudere, de recorder van de uitbarsting van de Vesuvius in 79 na Christus.
Om monsters van hoge kwaliteit te verkrijgen, gingen onderzoeksmedewerkers Terry Plank en Bruce Houghton diep het vulkaanveld van de Etna in om systematische bemonstering uit te voeren en sequentieanalyses en fijne metingen van magmakristallen uit te voeren. Uit gegevens blijkt dat het magma tijdens deze gebeurtenis in 122 v.
Het team vergeleek de nieuwe gegevens vervolgens met monsters van een andere eerdere uitbarsting, de Fall Stratified-gebeurtenis, ongeveer 4000 jaar geleden. De resultaten laten zien dat het magma-opstijgingsproces van laatstgenoemde heel anders is: magma stroomt snel van een diepere mantellaag van ongeveer 24 tot 30 kilometer naar de oppervlakte, voltooit zijn opkomst en barst in slechts een paar uur uit. De belangrijkste drijvende kracht komt van de aanzienlijk hogere concentratie koolstofdioxide in het magma.
Gazelle wees erop dat er duidelijke verschillen zijn in de samenstelling van vluchtige componenten tussen verschillende vulkanen: sommige vulkanen op oceanische eilanden worden gedomineerd door hoge concentraties kooldioxide, terwijl vulkanen in subductiezones meer worden beheerst door het watergehalte. De Etna is een van de weinige bijzondere vulkanen waar twee vluchtige stoffen, water en magma, 'strijden om dominantie'. Onderzoeksresultaten tonen aan dat wanneer de concentratie kooldioxide een bepaalde drempel overschrijdt, de uitbarsting snel zal beginnen vanuit diepere diepten en in korte tijd zal uitbarsten; wanneer de invloed van water sterker is, wordt het uitbarstingsproces voornamelijk gecontroleerd door de ondiepe structuur, en zal het magma nabij het oppervlak stagneren, ontgassen en vervolgens uitbarsten.
Momenteel past het team van Gazelle dezelfde methode toe op veel vulkanen in Chili, Hawaï en andere regio's, in de hoop een breder scala aan fijne modellen van interne pijpen in vulkanen te bouwen. Hij zei dat dit soort analyse idealiter op elke vulkaan ter wereld zou moeten worden uitgevoerd, omdat deze basisgegevens cruciaal zijn voor het vaststellen van fysieke modellen van uitbarstingen en het verbeteren van het risicobeoordelingssysteem voor vulkanische gevaren.
Naast de wetenschappelijke waarde is de Etna ook op cultureel vlak interessant. Het wordt in de oude Griekse mythologie beschouwd als de begraafplaats van de reuzen Typhon en Enceladus. Gazelle vergeleek op levendige wijze de ondergrondse pijpsystemen van de twee uitbarstingen met deze twee mythische reuzen: de Pliniaanse uitbarsting in 122 v.Chr. Kwam overeen met een slanke en kronkelende pijp van het "Typhon-type", terwijl de oudere gebeurtenis vergelijkbaar was met een kleinere "Enceladus-type" structuur. Hij gaf toe dat het moeilijk is om je niet aangetrokken te voelen tot de geschiedenis, de klassieke cultuur en het lokale eten hier terwijl je in de Etna werkt.
Er wordt gemeld dat de studie "Deep Origin and Shallow Launch for the Etna 122 BC Mafic Plinian Eruption" (Deep Origin and Shallow Launch for the Etna 122 BC Mafic Plinian Eruption) werd gefinancierd door de National Science Foundation. Het artikel werd officieel gepubliceerd op 2 juni 2026 en bevatte gedetailleerde theoretische modellen en observationele gegevens, die belangrijke referenties vormden voor toekomstig onderzoek naar en risicobeoordeling van het mondiale vulkaanuitbarstingsmechanisme.