Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η θερμική ιστορία του μάγματος ενδέχεται να αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για το αν μια ηφαιστειακή έκρηξη θα εξελιχθεί σε βίαιη ή αν θα παραμείνει σχετικά ήπια.
Νέα έρευνα υποδεικνύει ότι η ιστορία της θερμοκρασίας του μάγματος, πολύ πριν φτάσει στην επιφάνεια, αποτελεί έναν κρίσιμο και μέχρι πρότινος παραγνωρισμένο παράγοντα που καθορίζει αν μια ηφαιστειακή έκρηξη θα εκδηλωθεί ως αργή ροή λάβας ή ως βίαιη έκρηξη. Τα ευρήματα αυτά φωτίζουν τις διεργασίες που συμβαίνουν βαθιά κάτω από το ηφαίστειο.
Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ ανακάλυψε ότι το ασυνήθιστα θερμό μάγμα μπορεί να παραμείνει απαλλαγμένο από κρυστάλλους για πολύ περισσότερο χρόνο από ό,τι αναμενόταν, αλλάζοντας ριζικά συμπεριφορά κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης. Η ανακάλυψη, η οποία βασίστηκε σε μάγμα από την έκρηξη του ηφαιστείου Ταχοχάιτε το 2021 στη Λα Πάλμα των Κανάριων Νησιών της Ισπανίας, θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση του γιατί ηφαίστεια που τροφοδοτούνται από παρόμοια μάγματα παρουσιάζουν συχνά πολύ διαφορετικούς τύπους εκρήξεων.
Τα ευρήματά τους, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Communications, αναδεικνύουν μια διεργασία γνωστή ως «υπερθέρμανση». Σε αυτή την κατάσταση, το μάγμα θερμαίνεται πέρα από τη θερμοκρασία στην οποία οι κρύσταλλοι μπορούν να παραμείνουν σταθεροί.
Αν και οι γεωλόγοι γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι οι κρύσταλλοι επηρεάζουν τη ροή και την εκρηκτικότητα του μάγματος, η νέα μελέτη δείχνει ότι η υπερβάλλουσα θερμότητα μπορεί ουσιαστικά να εξαφανίσει τα μικροσκοπικά δομικά στοιχεία που απαιτούνται για να σχηματιστούν εξαρχής οι κρύσταλλοι.
Τα αποτελέσματα προσφέρουν μια νέα ματιά σε ένα μακροχρόνιο επιστημονικό ερώτημα σχετικά με το πώς η θερμική ιστορία του μάγματος επηρεάζει την κρυστάλλωση πριν και κατά τη διάρκεια των εκρήξεων.
Η επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Δρ. Barbara Bonechi, ερευνητική συνεργάτιδα στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, δήλωσε: «Η ιστορία της ανάπτυξης των κρυστάλλων και των φυσαλίδων μπορεί να ελέγξει δραματικά τον τρόπο με τον οποίο εκρήγνυται ένα μάγμα. Συγκεκριμένα, καθώς αναπτύσσονται περισσότεροι κρύσταλλοι, προκαλούν τελικά μια θεαματική επίδραση στο ιξώδες του μάγματος. Μέχρι τώρα, δεν κατανοούσαμε πλήρως τη δυναμική της κρυστάλλωσης για μάγματα που δέχθηκαν μια “ένεση” υπερθέρμανσης λίγο πριν από την άνοδό τους.
Ωστόσο, χρησιμοποιώντας τον συναρπαστικό και πρόσφατα αναπτυγμένο θάλαμο πίεσης, ο οποίος είναι διαπερατός από ακτίνες Χ, σε συνδυασμό με τη μικροτομογραφία ακτίνων Χ σύγχροτρον, μπορούμε πλέον να παρατηρήσουμε αυτές τις διεργασίες σε πραγματικό χρόνο (“in situ”).»
Αναπαράγοντας τις ηφαιστειακές συνθήκες στο εργαστήριο
Για να διερευνήσουν τη διεργασία, οι ερευνητές αναπαρήγαγαν τις ηφαιστειακές συνθήκες στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας μάγμα από την έκρηξη του ηφαιστείου Ταχοχάιτε, το οποίο ενδέχεται να είχε υποστεί υπερθέρμανση πριν και κατά τη διάρκεια της ανόδου του.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μικροτομογραφία ακτίνων Χ σύγχροτρον στο Diamond Light Source για να παρατηρήσει την κρυστάλλωση σε πραγματικό χρόνο.
Παράλληλα, πραγματοποίησαν συμπληρωματικά πειράματα εκτός συγχρότρου (ex situ) στην Πράγα, γεγονός που τους επέτρεψε να παρακολουθήσουν τη διεργασία για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, υπό προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης.
Τα πειράματα έδειξαν μια θεαματική διαφορά στον σχηματισμό κρυστάλλων. Το μάγμα που δεν είχε υποστεί υπερθέρμανση άρχισε να κρυσταλλώνεται σε περίπου 20 λεπτά. Αντίθετα, το μάγμα που εκτέθηκε σε ισχυρή υπερθέρμανση καθυστέρησε τον σχηματισμό κρυστάλλων για περισσότερες από οκτώ ώρες.
Οι επιπτώσεις στην άνοδο του μάγματος και στον τύπο της έκρηξης
Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν αυτές τις πειραματικά μετρημένες καθυστερήσεις στην πυρήνωση των κρυστάλλων σε υπολογιστικά μοντέλα, τα οποία προσομοιώνουν τον τρόπο με τον οποίο το μάγμα ανέρχεται και μεταβάλλεται καθώς κινείται μέσα στον φλοιό της Γης.
Οι προσομοιώσεις αποκάλυψαν ότι οι μεγάλες καθυστερήσεις στην κρυστάλλωση επιτρέπουν στο μάγμα να παραμείνει σχετικά ρευστό κατά τη διάρκεια της ταχείας ανόδου του, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε έντονους πίδακες λάβας.
Σε σύγκριση, το μάγμα που κρυσταλλώνεται νωρίτερα γίνεται πιο παχύρρευστο και ανέρχεται πιο αργά. Αυτή η πιο αργή άνοδος δίνει στα αέρια επιπλέον χρόνο να διαφύγουν, αυξάνοντας την πιθανότητα για πιο ήπιες, εφυσιγενείς εκρήξεις.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να βελτιώσουν την ερμηνεία των δεδομένων από την παρακολούθηση των ηφαιστείων και να βοηθήσουν τους επιστήμονες να προβλέπουν καλύτερα τη συμπεριφορά μιας έκρηξης.
Μια ακόμη συγγραφέας της μελέτης Δρ. Margherita Polacci, λέκτορας Ηφαιστειολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, δήλωσε: «Τα τρέχοντα μοντέλα ηφαιστειακής επικινδυνότητας εστιάζουν συνήθως στη χημεία του μάγματος, την περιεκτικότητα σε αέρια και τις μεταβολές της πίεσης. Αυτή η εργασία υποδεικνύει ότι η θερμική ιστορία πριν από την έκρηξη και η κινητική της κρυστάλλωσης ενδέχεται επίσης να διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο της ανόδου του μάγματος και της εκρηκτικής συμπεριφοράς, με προεκτάσεις στην αξιολόγηση των ηφαιστειακών κινδύνων».
