In den meisten Fällen ist hotspot-getriebener Vulkanismus relativ ruhig, mit Lava, die langsam genug die Berghänge hinunterfließt, dass Menschen aus dem Weg gehen können. Aber an einer Reihe von Orten – Ätna, Hawaii, Island – wird Lava in dramatischen Fontänen ausgestoßen, die mehrere hundert Meter hoch erreichen können. Was für den Tourismus schön und für jeden, der bergab steht, schrecklich ist.

Derzeit sind wir uns nicht sicher, was sie antreibt. Dank einer Reihe jüngster Ausbrüche des Kilauea-Vulkans haben wir jedoch einige der besten Dokumentationen bisher von eruptierenden Lavafontänen. In Science beschreiben Forscher des US Geological Survey, was wir gesehen haben, und vergleichen es mit dem, was wir aufgrund unserer besten Vorstellungen darüber, was diese Fontänen geschmolzenen Gesteins antreibt, erwarten könnten.

Mit drei aktiven Vulkanregionen, die Fontänen bilden, gibt es einen stetigen Strom dramatischer Videos von rotglühendem geschmolzenem Gestein, das aus der Erde sprudelt. Doch Kilauea hatte seit 1823 nur drei Fontänen-Episoden, obwohl es der jüngste und aktivste Vulkan Hawaiis ist. Diese Aktivität hat zu intensiven Studien geführt, und wir haben eine gute Vorstellung von der Struktur des Vulkans. Frühere Arbeiten haben ein paar Lava-Residuen innerhalb weniger Kilometer der Oberfläche identifiziert, und der Vulkan hatte 35 separate Datenerfassungsstationen auf Kilauea eingerichtet, darunter „seismische, Infraschall-, geodätische, Gas- sowie visuelle und thermische Kameras“. Fünfunddreißig Instrumente, und der Vulkan besteht immer noch darauf, mysteriös zu sein.

Nach einem großen Ausbruch im Jahr 2018, der teilweise eines der unterirdischen Lava-Reservoire entleerte, gab es Hinweise darauf, dass es stetig wieder aufgefüllt wurde. Ab 2019 beschleunigte sich die Wiederauffüllung jedoch, und der lokale Gipfel blähte sich mit einer Rate von mehr als 22 cm pro Jahr auf. Dann, im Jahr 2023, verdoppelte sich das auf 57 cm pro Jahr und breitete sich auf eine nahegelegene Caldera aus.

Im Jahr 2024 begleitete eine große Serie von Erdbeben die Öffnung eines Vents, und eine 900 Meter lange Spalte öffnete sich, die Fontänen bis zu 160 Meter hoch in den Himmel über einen Zeitraum von 13 Stunden schleuderte. Weniger als einen Tag nachdem dies nachließ, folgte ein zweiter Ausbruch. Bis letzten Monat waren 52 weitere Fontänenausbrüche aufgetreten, der heftigste davon spie Lava über 400 Meter in die Luft. Zum Vergleich: Das ist ungefähr die Höhe des Empire State Building, wenn das Empire State Building brennen würde und auch Geologie wäre.

Vielleicht die bedeutendste Erkenntnis war, dass wir vorhersagen konnten, wann ein Fontänenausbruch wahrscheinlich stattfinden würde. Jeder Ausbruch verursachte eine schnelle Deflation des Gipfels von Kilauea und wurde von einer relativ langsamen Wiederauffüllung des Halemaʻumaʻu-Magmareservoirs gefolgt.

Der USGS erkannte, dass aufeinanderfolgende Ausbrüche auftraten, wenn die Gipfelneigung ähnliche Werte erreichte. Während die präzise Neigung, die mit Ausbrüchen verbunden war, im Laufe der Zeit tendenziell abnahm, war der Unterschied zwischen aufeinanderfolgenden Ausbrüchen relativ gering. Dieses Muster half der Organisation letztendlich, Warnungen herauszugeben, wenn Ausbrüche wahrscheinlich waren, was besonders nützlich war, da es unmittelbar vor dem Wiederbeginn der Fontänen keine klaren seismischen Signale gab. Der Vulkan telegraphiert also tatsächlich seine Schläge – nur nicht auf eine Weise, die jemand erwartet hätte.

Was haben uns die Ausbrüche über den Mechanismus verraten, der die Fontänenbildung antreibt?

Eine führende Idee ist, dass Druck innerhalb eines Magmareservoirs Wasser mit anderen Materialien gemischt hält, bis es eine ausreichend geringe Tiefe erreicht, um als Dampf auszutreten. Das fragmentiert das Magma, was es schneller aufsteigen lässt, was mehr Dampf entweichen lässt, und so weiter, bis es einen Strahl von Material nahe der Oberfläche gibt. Die Alternative postuliert, dass die Dinge durch die Freisetzung von Kohlendioxid aus dem Magma angetrieben werden, das einen Magma/Gas-„Schaum“ an der Decke der Magmakammer bildet. Sobald dieser einen kritischen Punkt erreicht, entweicht das Gas und treibt Magma mit sich, bis der Vorrat in der Magmakammer erschöpft ist.

Die neuen Daten liefern kein klares Bild. Sie begünstigen eindeutig nicht die Bildung eines Kohlendioxid-Schaums, da die Werte des Gases niedrig blieben