Toimittajan huomautus (6/4/18):
Attila Kilinc, Cincinnatin yliopiston geologian laitoksen johtaja, tarjoaa tämän vastauksen. Viime aikoina professori Kilinc on tutkinut tulivuoria Havaijilla ja Montserratissa.
Kun osa maapallon ylemmästä vaipasta tai alemmasta kuoresta sulaa, muodostuu magmaa. Tulivuori on pohjimmiltaan aukko tai venttiili, jonka kautta tämä magma ja sen sisältämät liuenneet kaasut purkautuvat. Vaikka tulivuorenpurkauksen laukaisevia tekijöitä on useita, kolme on tärkeimpiä: magman kelluvuus, magmaan liuenneiden kaasujen aiheuttama paine ja uuden magmaerän ruiskuttaminen jo täytettyyn magmakammioon. Seuraavassa on lyhyt kuvaus näistä prosesseista.
Kun kiviaines sulaa maan sisällä, sen massa pysyy samana, mutta sen tilavuus kasvaa – syntyy sulaa, joka on vähemmän tiheää kuin ympäröivä kiviaines. Tämä kevyempi magma nousee sitten kelluvuutensa ansiosta kohti pintaa. Jos magman tiheys sen syntyvyöhykkeen ja pinnan välillä on pienempi kuin ympäröivän ja sitä ympäröivän kallion tiheys, magma saavuttaa pinnan ja purkautuu.
Ns. andesiittisen ja rhyoliittisen koostumuksen omaavat magmat sisältävät myös liuenneita haihtuvia aineita, kuten vettä, rikkidioksidia ja hiilidioksidia. Kokeet ovat osoittaneet, että magmaan liuenneen kaasun määrä (liukoisuus) on ilmakehän paineessa nolla, mutta nousee paineen kasvaessa.
Vedellä kyllästyneessä andesiittisessä magmassa esimerkiksi kuuden kilometrin syvyydessä pinnan alapuolella noin 5 prosenttia sen painosta on liuennutta vettä. Kun tämä magma liikkuu kohti pintaa, veden liukoisuus magmaan vähenee, joten ylimääräinen vesi irtoaa magmasta kuplien muodossa. Kun magma liikkuu lähemmäs pintaa, magmasta irtoaa yhä enemmän vettä, jolloin kaasun ja magman suhde putkessa kasvaa. Kun kuplien määrä saavuttaa noin 75 prosenttia, magma hajoaa pyroklasteiksi (osittain sulaksi ja kiinteiksi palasiksi) ja purkautuu räjähdysmäisesti.
Kolmas prosessi, joka aiheuttaa tulivuorenpurkauksia, on uuden magman ruiskuttaminen kammioon, joka on jo täynnä koostumukseltaan samanlaista tai erilaista magmaa. Tämä injektio pakottaa osan kammiossa olevasta magmasta siirtymään putkessa ylöspäin ja purkautumaan pinnalla.
Vaikka vulkanologit ovat hyvin tietoisia näistä kolmesta prosessista, he eivät vielä osaa ennustaa tulivuorenpurkausta. He ovat kuitenkin edistyneet merkittävästi tulivuorenpurkausten ennustamisessa. Ennustamisessa on kyse purkauksen todennäköisestä luonteesta ja ajankohdasta valvotussa tulivuoressa. Purkauksen luonne perustuu kyseisen tulivuoren esihistoriallisiin ja historiallisiin tietoihin ja sen vulkaanisiin tuotteisiin. Esimerkiksi voimakkaasti purkautuva tulivuori, joka on tuottanut tuhkapisaroita, tuhkavirtoja ja vulkaanisia mutavyöryjä (tai lahareja), tekee todennäköisesti samoin myös tulevaisuudessa.
Valvotun tulivuoren purkauksen ajankohdan määrittäminen riippuu useiden parametrien mittaamisesta, mukaan lukien muun muassa tulivuoren seisminen aktiivisuus (erityisesti tulivuoren maanjäristysten syvyys ja taajuus), maanpinnan muodonmuutokset (määritetään kallistusmittarilla ja/tai GPS:llä sekä satelliittiinterferometrialla) ja kaasupäästöt (näytteenotto korrelaatiospektrometrin eli COSPEC:n avulla päästetyn rikkidioksidikaasun määrästä). Erinomainen esimerkki onnistuneesta ennustamisesta tapahtui vuonna 1991. Yhdysvaltain geologisen tutkimuskeskuksen (U.S. Geological Survey) vulkanologit ennustivat tarkasti Filippiineillä sijaitsevan Pinatubo-tulivuoren 15. kesäkuuta tapahtuneen purkauksen, minkä ansiosta Clarkin lentotukikohta pystyttiin evakuoimaan ajoissa ja pelastamaan tuhansia ihmishenkiä.