Các quan sát Io, bởi các tàu vũ trụ và các đài thiên văn trên Trái Đất, đã cho thấy có một số loại phun trào núi lửa khác nhau trên thiên thể này. Ba loại chính đã được xác định bao gồm phun trào trong vùng lõm, phun trào kiểu chảy, và phun trào kiểu nổ. Chúng có sự khác biệt về thời gian phun trào, năng lượng thoát ra, nhiệt độ (được xác định từ hình ảnh hồng ngoại), loại dòng chảy dung nham, và việc có bị giới hạn trong hố núi lửa hay không.[6]

Phun trào trong vùng lõm

Tupan Patera, một ví dụ về một vùng lõm núi lửa.

Phun trào trong vùng lõm là các phun trào núi lửa xảy ra trong vùng lõm núi lửa,[39] vùng thường có sàn phẳng bao quanh bởi những bức tường dốc. Vùng lõm núi lửa trên Io trông giống như hõm chảo trên Trái Đất, nhưng không rõ liệu chúng có được hình thành khi buồng dung nham rỗng bị sụp đổ như trên Trái Đất không. Một giả thuyết cho rằng chúng được tạo ra khi các mạch ngang (sill) của núi lửa bị làm lộ ra, với lớp vật liệu nằm bên trên bị thổi bay hoặc bị rơi vào trong mạch ngang.[40] Một số vùng lõm có dấu hiệu của nhiều vụ sụp đổ đã xảy ra, tương tự như với hõm chảo trên đỉnh Olympus Mons trên Sao Hỏa hay Kīlauea trên Trái Đất, cho thấy rằng chúng có thể thỉnh thoảng được hình thành giống như các hõm chảo.[39] Vì cơ chế hình thành của chúng vẫn chưa được chắc chắn, thuật ngữ mà Hiệp hội Thiên văn Quốc tế đặt cho chúng là tên Latinh patera (số nhiều là paterae), thay vì tên gọi của hõm chảo. Không giống các hõm chảo hoặc các cấu trúc tương tự trên Trái Đất và Sao Hỏa, các vùng lõm thường không nằm ở đỉnh của các núi lửa hình khiên và rộng lớn hơn, với đường kính trung bình cỡ 41 kilômét (25 dặm).[39] Độ sâu vùng lõm mới chỉ được đo cho một vài vùng lõm và thường sâu hơn 1 km.[41] Vùng lõm núi lửa lớn nhất trên Io là Loki Patera có bề ngang 202 kilômét (126 dặm). Dù cơ chế hình thành có như thế nào, hình thái và phân bố của nhiều vùng lõm núi lửa gợi ý rằng cấu trúc của chúng có tuân theo những quy tắc nhất định, với ít nhất một nửa được bao quanh bởi các đứt gãy hoặc núi non.[39]

Hình ảnh hồng ngoại cho thấy bức xạ nhiệt vào ban đêm từ hồ dung nham Pele.

Phun trào kiểu này có thể có hình dạng là các dòng dung nham chảy tỏa ra sàn của vùng lõm, hoặc ở hình dạng hồ dung nham.[2][42] Trừ các quan sát ở cự ly gần của tàu vũ trụ Galileo trong bảy lần bay qua Io, với các ảnh chụp khác, có thể khó phân biệt hồ dung nham với dòng dung nham phun tràn lên sàn vùng lõm, do không đủ độ phân giải và phát xạ nhiệt của hai hình dạng này tương tự nhau. Các vụ phun trào trong vùng lõm, ví dụ như vụ phun trào ở Gish Bar Patera vào năm 2001, có thể to rộng như những vụ phun trào tràn ra các vùng đồng bằng của Io.[42] Các đặc điểm giống như dòng chảy cũng đã được quan sát trong một số vùng lõm, như ở Camaxtli Patera, gợi ý rằng các dòng dung nham có thể nổi lên sàn của các vùng lõm một cách định kỳ.[43]

Các hồ dung nham trên Io là các vùng thấp được điền đầy bởi dung nham nóng chảy, bao phủ bởi một lớp mỏng dung nham đông cứng. Những hồ dung nham này nối trực tiếp với một bể chứa mắc ma nằm bên dưới.[44] Các quan sát phát xạ nhiệt tại một số hồ dung nham trên Io tiết lộ các vùng đá nóng chảy tỏa sáng nằm ở rìa vùng lõm, do lớp phủ mỏng ở mặt trên của hồ bị nứt vỡ theo đường chạy quanh rìa của vùng lõm. Theo thời gian, vì dung nham đông cứng có trọng lượng riêng lớn hơn so với dung nham vẫn còn nóng chảy, lớp vỏ này có thể bị chìm xuống, gây ra một sự tăng đột ngột bức xạ nhiệt ở vùng lõm núi lửa.[45] Với một số hồ dung nham, ví như tại núi lửa Pele, hiện tượng lớp phủ đông cứng chìm xuống thường xuyên diễn ra, làm chúng trở thành những điểm bức xạ hồng ngoại gần mạnh nhất trên Io.[46] Tại các hồ dung nham khác, như Loki Patera, hiện tượng này có thể chỉ xảy ra vào một số thời điểm. Ở loại hồ dung nham yên tĩnh hơn này, trong thời điểm diễn ra quá trình chìm xuống của lớp phủ, một làn sóng lớp phủ bề mặt chìm xuống lan tỏa ra vùng lõm với tốc độ khoảng 1 kilômét (0,6 dặm) mỗi ngày, với lớp phủ non mới hình thành ở phía sau làn sóng này, cho tới khi toàn bộ hồ bị dung nham nóng chảy nổi lên. Một vụ phun trào mới sẽ chỉ bắt đầu, ở một thời điểm sau, một khi lớp phủ non mới đã đủ nguội, đủ đông cứng và đủ dày để cho nó không còn có thể nổi bền vững bên trên dung nham lỏng được nữa.[47] Trong mỗi lần đảo lộn lớp phủ như vậy, Loki có thể phát ra đến hơn mười lần lượng nhiệt so với khi lớp phủ của nó đang ổn định.[48]

Phun trào kiểu chảy (kiểu Prometheus)

Culann Patera, một ví dụ về một vụ phun trào kiểu chảy.

Phun trào kiểu chảy là các sự kiện phun trào tồn tại lâu dài, tạo ra những dòng dung nham rộng lớn và phức hợp. Độ phủ rộng của những dòng dung nham của phun trào kiểu chảy làm cho chúng trở thành đặc điểm địa hình lớn nhất trên Io. Với loại phun trào này, mắc ma nổi lên trên bề mặt từ lỗ phun trên sàn của vùng lõm núi lửa, hoặc từ các mạch dẫn hẹp (fissure) trên vùng đồng bằng, tạo ra những dòng chảy dung nham phồng và phức hợp, tương tự như dung nham ở núi lửa Kīlauea tại Hawaii trên Trái Đất.[43] Hình ảnh từ các tàu vũ trụ Galileo cho thấy nhiều trong số những dòng chảy dung nham lớn trên Io, như ở Prometheus và Amirani, được tạo ra bởi sự bồi đắp của những dòng chảy nhỏ hơn bên trên những dòng chảy cũ.[43] Phun trào kiểu chảy khác với phun trào kiểu nổ ở chỗ chúng tồn tại lâu hơn và phát ra ít hơn năng lượng trong mỗi đơn vị thời gian.[6] Dung nham được phun ra ở tốc độ ổn định, và một vụ phun trào kiểu chảy có thể kéo dài nhiều năm hoặc nhiều thập kỷ.

Những vùng có dòng chảy dung nham dài hơn 300 kilômét (190 dặm) đã được quan sát trên Io tại Amirani và Masubi. Một vùng có dòng chảy dung nham không còn hoạt động có tên là Lei-Kung Fluctus bao phủ một diện tích rộng 125.000 kilômét vuông (48.000 dặm vuông Anh), một khu vực hơi lớn hơn Nicaragua một chút.[49] Độ dày của vùng có dòng chảy không được xác định bởi các thông tin từ tàu Galileo, nhưng những vụ phun trào đơn lẻ trên bề mặt của nó có thể dày khoảng 1 m (3 ft). Trong nhiều trường hợp, dung nham được phun chảy ra trên bề mặt tại những địa điểm cách lỗ phun của núi lửa hàng chục đến hàng trăm cây số, với vùng nằm giữa lỗ phun núi lửa và địa điểm có dung nhan tràn ra có phát xạ nhiệt thấp. Quan sát này chứng tỏ rằng dòng dung nham được chảy qua các ống dung nham nối từ lỗ phun của núi lửa đến những địa điểm dung nham tràn ra trên bề mặt.[50]

Mặc dù phun trào kiểu chảy thường có tốc độ phun trào ổn định, những vụ bùng phát phun trào lớn cũng đã được quan sát ở nhiều địa điểm có phun trào kiểu này. Ví dụ, mép của vùng có dòng chảy dung nham Prometheus đã dịch chuyển khoảng 75 đến 95 kilômét (47 đến 59 dặm) giữa lần quan sát của tàu Voyager, trong năm 1979, và lần quan sát bởi tàu Galileo vào năm 1996.[51] Mặc dù không mạnh như phun trào kiểu nổ, tốc độ dòng chảy trung bình tại những vùng có dòng chảy phức hợp lớn hơn rất nhiều so với các dòng chảy dung nham tương tự trên Trái Đất. Tốc độ lấn chiếm diện tích của dòng chảy dung nham, tính trung bình, vào khoảng 35–60 mét vuông (380–650 sq ft) mỗi giây đã được quan sát thấy ở Prometheus và Amirani qua các thông tin thu được từ tàu Galileo, cao hơn so với 0,6 mét vuông (6,5 sq ft) mỗi giây tại Kīlauea.[52]

Phun trào kiểu nổ (kiểu Pillan)

Hình ảnh các dòng dung nham và đài phun đang hoạt động ở Tvashtar Paterae, chụp bởi tàu Galileo vào năm 1999.

Phun trào kiểu nổ là kiểu phun trào mạnh nhất trên Io. Những vụ phun trào kiểu này, đôi khi được gọi là những "vụ nổ" khi quan sát từ Trái Đất, có đặc trưng là chỉ kéo dài trong vài tuần đến vài tháng, khởi động nhanh chóng, thông lượng dòng chảy phun trào lớn, và bức xạ nhiệt mạnh.[53] Chúng làm cho độ sáng của Io ở vùng hồng ngoại gần tăng mạnh trong một khoảng thời gian ngắn. Vụ phun trào núi lửa mạnh nhất đã được thấy trong lịch sử quan sát Io là một "vụ nổ" tại Surt, quan sát bởi các nhà thiên văn trên Trái Đất vào ngày 22 tháng 2 năm 2001.[54]

Phun trào kiểu nổ xảy ra khi một khối mắc ma (gọi là một thể mạch) nổi lên từ lớp phủ nóng chảy ở sâu bên trong lòng Io, đến được bề mặt Io qua một mạch dẫn hẹp (fissure). Khi đó có một màn trình diễn ngoạn mục giống như một đài phun dung nham.[55] Trong giai đoạn đầu của phun trào kiểu nổ, bức xạ nhiệt được thống trị bởi thành phần mạnh trong dải bức xạ hồng ngoại 1-3 μm. Bức xạ này được phát ra từ một lượng lớn dung nham mới được lộ ra trong đài phun tại lỗ phun.[56] Những vụ phun trào kiểu nổ tại núi lửa Tvashtar trong tháng 11 năm 1999 và tháng 2 năm 2007, tập trung vào một "rèm" nham thạch dài 25 kilômét (16 dặm) và cao 1 kilômét (0,62 dặm) sinh ra tại một vùng lõm nằm trong vùng phức hợp Tvashtar Paterae lớn hơn.[55][57]

Lượng lớn các dung nham nóng chảy lộ ra ở những đài phun đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu những cơ hội tốt nhất để đo nhiệt độ chính xác của dung nham Io. Nhiệt độ gợi ý của dung nham siêu mafic tương tự komatiit thời kỳ tiền Cambri (khoảng 1.600 K hoặc 1.300 °C hoặc 2.400 °F) chiếm chủ đạo tại những vụ phun trào như vậy, mặc dù quá trình siêu gia nhiệt của mắc ma khi trồi lên bề mặt có thể cũng đóng vai trò gây ra nhiệt độ cao của dung nham được phun ra.[5]

Hai hình chụp bởi tàu Galileo cho thấy các tác động của một vụ phun trào kiểu nổ tại Pillan Patera năm 1997.

Mặc dù giai đoạn bùng nổ với đài phun dung nham có thể chỉ kéo dài một vài ngày cho đến một tuần, vụ phun trào kiểu nổ vẫn có thể tiếp tục trong nhiều tuần đến vài tháng, sinh ra dòng dung nham silicat có thể tích lớn. Một vụ phun trào lớn trong năm 1997 từ một mạch dẫn phía tây bắc của Pillan Patera đã phun ra hơn 31 kilômét khối (7,4 cu mi) dung nham nóng chảy trong một khoảng thời gian cỡ 2 1⁄2 đến 5 1⁄2 tháng, và sau đó làm ngập sàn của vùng lõm Pillan Patera.[58] Các quan sát bởi tàu Galileo gợi ý tốc độ lấn chiếm diện tích của dòng dung nham ở Pillan là vào khoảng từ 1.000 đến 3.000 mét vuông (11.000 đến 32.000 sq ft) mỗi giây trong vụ phun trào năm 1997. Các dòng chảy trong vụ phun trào này ở Pillan có độ dày khoảng 10 m (33 ft), so với độ dày 1 m (3 ft) được quan sát ở vùng phồng tại Prometheus và Amirani. Tương tự, những dòng dung nham chảy nhanh cũng đã được quan sát bởi tàu Galileo ở núi lửa Thor vào năm 2001.[2] Tốc độ chảy này tương tự như tại vụ phun trào ở Laki tại Iceland trên Trái Đất vào năm 1783 và ở các vụ phun trào dòng lũ bazan khác ở Trái Đất.[6]

Các vụ phun trào kiểu nổ có thể tạo ra những thay đổi bề mặt ấn tượng (nhưng thường ngắn ngủi) xung quanh địa điểm phun trào, ví dụ như những vùng trầm tích lớn của các cột khói chứa khí được giải phóng từ đài phun dung nham.[56] Vụ phun trào tại Pillan năm 1997 đã tạo ra một vùng rộng 400 km (250 dặm) chứa các vật chất trầm tích silcat tối màu và lưu huỳnh dioxit sáng màu.[58] Các vụ phun trào ở Tvashtar năm 2000 và 2007 tạo ra một cột khói cao 330 km (210 dặm); vật chất trong cột này lắng xuống đã tạo ra một vùng hình nhẫn chứa lưu huỳnh và lưu huỳnh dioxide màu đỏ, rộng 1.200 km (750 dặm).[59] Mặc dù có sự xuất hiện ngoạn mục, nhưng do không có nguồn cung cấp vật chất liên tục, các lỗ phun thường quay lại trạng thái trước khi phun sau vài tháng (trong trường hợp ở Grian Patera) hay vài năm (như ở Pillan Patera).[8]