Anmerkung der Redaktion (6/4/18): Dieser Artikel wird angesichts des tödlichen Ausbruchs des guatemaltekischen Vulkans Fuego am Sonntag (3. Juni), der nahegelegene Dörfer mit schnell fließenden Ascheströmen bedeckte, erneut veröffentlicht.
Attila Kilinc, Leiterin der geologischen Abteilung an der Universität von Cincinnati, gibt diese Antwort. In letzter Zeit hat Professor Kilinc die Vulkane auf Hawaii und Montserrat untersucht.
Wenn ein Teil des oberen Erdmantels oder der unteren Erdkruste schmilzt, bildet sich Magma. Ein Vulkan ist im Wesentlichen eine Öffnung oder ein Schlot, durch den dieses Magma und die darin enthaltenen gelösten Gase austreten. Obwohl es mehrere Faktoren gibt, die einen Vulkanausbruch auslösen, überwiegen drei: der Auftrieb des Magmas, der Druck der im Magma gelösten Gase und das Einspritzen einer neuen Magmageschicht in eine bereits gefüllte Magmakammer. Im Folgenden werden diese Vorgänge kurz beschrieben.
Wenn Gestein im Erdinneren schmilzt, bleibt seine Masse gleich, während sein Volumen zunimmt – es entsteht eine Schmelze, die weniger dicht ist als das umgebende Gestein. Dieses leichtere Magma steigt dann aufgrund seines Auftriebs zur Oberfläche auf. Wenn die Dichte des Magmas zwischen der Entstehungszone und der Oberfläche geringer ist als die des umgebenden und darüber liegenden Gesteins, erreicht das Magma die Oberfläche und bricht aus.
Magmen der sogenannten andesitischen und rhyolitischen Zusammensetzung enthalten auch gelöste flüchtige Stoffe wie Wasser, Schwefeldioxid und Kohlendioxid. Experimente haben gezeigt, dass die Menge eines gelösten Gases im Magma (seine Löslichkeit) bei Atmosphärendruck gleich Null ist, aber mit zunehmendem Druck ansteigt.
In einem mit Wasser gesättigten andesitischen Magma, das sich sechs Kilometer unter der Oberfläche befindet, sind zum Beispiel etwa 5 Prozent seines Gewichts gelöstes Wasser. Wenn sich dieses Magma in Richtung Oberfläche bewegt, nimmt die Löslichkeit des Wassers im Magma ab, so dass sich das überschüssige Wasser in Form von Blasen vom Magma trennt. Je näher das Magma der Oberfläche kommt, desto mehr Wasser löst sich aus dem Magma, wodurch sich das Gas/Magma-Verhältnis in der Leitung erhöht. Wenn das Volumen der Blasen etwa 75 % erreicht, zerfällt das Magma in Pyroklasten (teilweise geschmolzene und feste Fragmente) und bricht explosionsartig aus.
Der dritte Prozess, der Vulkanausbrüche verursacht, ist die Injektion von neuem Magma in eine Kammer, die bereits mit Magma ähnlicher oder anderer Zusammensetzung gefüllt ist. Diese Injektion zwingt einen Teil des Magmas in der Kammer dazu, sich in der Leitung nach oben zu bewegen und an der Oberfläche auszubrechen.
Obwohl Vulkanologen diese drei Prozesse gut kennen, können sie einen Vulkanausbruch noch nicht vorhersagen. Aber sie haben bedeutende Fortschritte bei der Vorhersage von Vulkanausbrüchen gemacht. Bei der Vorhersage geht es um die wahrscheinliche Art und den Zeitpunkt eines Ausbruchs bei einem überwachten Vulkan. Der Charakter einer Eruption basiert auf den prähistorischen und historischen Aufzeichnungen des betreffenden Vulkans und seiner vulkanischen Produkte. Ein heftig ausbrechender Vulkan, der Ascheregen, Ascheströme und vulkanische Schlammströme (oder Lahare) produziert hat, wird dies wahrscheinlich auch in Zukunft tun.
Die Bestimmung des Zeitpunkts eines Ausbruchs in einem überwachten Vulkan hängt von der Messung einer Reihe von Parametern ab, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die seismische Aktivität am Vulkan (insbesondere Tiefe und Häufigkeit vulkanischer Erdbeben), Bodenverformungen (bestimmt mit einem Neigungsmesser und/oder GPS und Satelliteninterferometrie) und Gasemissionen (Messung der Menge des ausgestoßenen Schwefeldioxids durch Korrelationsspektrometer oder COSPEC). Ein hervorragendes Beispiel für eine erfolgreiche Vorhersage ereignete sich im Jahr 1991. Vulkanologen des U.S. Geological Survey sagten den Ausbruch des Vulkans Pinatubo auf den Philippinen am 15. Juni genau voraus, was die rechtzeitige Evakuierung des Luftwaffenstützpunkts Clark ermöglichte und Tausende von Menschenleben rettete.