I de flesta fall är hotspot-driven vulkanism relativt stillsam, med lava som flyter nedför bergssluttningar tillräckligt långsamt för att människor kan gå undan. Men på ett antal platser – Etna, Hawaii, Island – kastas lava ut i dramatiska fontäner som kan nå flera hundra meters höjd. Vilket är underbart för turismen och hemskt för alla som står nedanför.

Just nu är vi inte säkra på vad som driver dem. Men tack vare en serie utbrott vid Kilauea nyligen har vi några av de bästa dokumentationerna hittills av utbrottande lavafontäner. I Science beskriver forskare från US Geological Survey vad vi har sett och jämför det med vad vi kan förvänta oss baserat på våra bästa idéer om vad som driver dessa fontäner av smält sten.

Med tre aktiva vulkaniska regioner som ägnar sig åt fontänutbrott har det funnits ett stadigt flöde av dramatiska videor av glödhet smält sten som sprutar ur jorden. Men Kilauea har bara haft tre fontänepisoder sedan 1823, trots att det är den yngsta och mest aktiva vulkanen på Hawaii. Den aktiviteten har lett till intensiva studier, och vi har en god uppfattning om vulkanens struktur. Tidigare arbeten har identifierat ett par lavaresto inom några kilometer från ytan, och vulkanen hade 35 separata datainsamlingsstationer uppsatta på Kilauea, inklusive "seismiska, infraljud-, geodetiska, gas- och visuella och termiska kameror". Trettiofem instrument, och vulkanen insisterar ändå på att vara mystisk.

Efter ett stort utbrott 2018 som delvis dränerade en av de underjordiska lavareservoarerna fanns indikationer på att den stadigt fylldes på. Från och med 2019 accelererade påfyllningen dock, och den lokala toppen svällde med en hastighet av mer än 22 cm per år. Sedan, 2023, fördubblades det till 57 cm per år och spred sig till en närliggande kaldera.

År 2024 åtföljdes en stor serie jordbävningar av öppnandet av en ventil, och en 900 meter lång spricka öppnades och skickade fontäner så höga som 160 meter upp i skyn under 13 timmar. Mindre än ett dygn efter att det avtagit följde ett andra utbrott. I förra månaden hade 52 ytterligare fontänutbrott inträffat, varav det våldsammaste sprutade lava över 400 meter upp i luften. Som referens är det ungefär höjden på Empire State Building, om Empire State Building stod i brand och också var geologi.

Kanske det mest betydelsefulla fyndet var att vi kunde förutsäga när ett fontänutbrott sannolikt skulle inträffa. Varje utbrott orsakade snabb deflation av Kilaueas topp och följdes av en relativt långsam återfyllning av Halemaʻumaʻu-magmareservoaren.

USGS insåg att på varandra följande utbrott inträffade när toppens lutning nådde liknande nivåer. Även om den exakta lutningen som var förknippad med utbrott minskade över tid, var skillnaden mellan på varandra följande utbrott relativt liten. Detta mönster hjälpte slutligen organisationen att utfärda varningar när utbrott sannolikt skulle inträffa, vilket var särskilt användbart eftersom det inte fanns några tydliga seismiska signaler omedelbart innan fontänerna återstartade. Så vulkanen telegraferar faktiskt sina slag – bara inte på ett sätt någon förväntade sig.

Vad har utbrotten lärt oss om mekanismen som driver fontänbildning?

En ledande idé är att trycket i en magmareservoar håller vatten blandat med andra material tills det når ett tillräckligt grunt djup för att lämna som ånga. Det fragmenterar magman, vilket gör att den kan stiga snabbare, vilket gör att mer ånga kan escap, och så vidare tills det finns en jet av material nära ytan. Alternativet antar att saker drivs av frigörandet av koldioxid från magman, vilket bildar ett magma/gas-"skum" vid taket av magmakammaren. När detta når en kritisk punkt escap gasen och driver magma med sig tills tillförseln i magmakammaren är uttömd.

De nya data ger ingen tydlig bild. Det gynnar tydligt inte bildandet av ett koldioxidskum, eftersom nivåerna av gasen förblev låga