Τα ηφαίστεια αποτελούν μερικά από τα πιο εντυπωσιακά αλλά και καταστροφικά φαινόμενα του πλανήτη μας, κρύβοντας μυστικά βαθιά μέσα στη Γη. Μέχρι σήμερα, η πρόβλεψη της συμπεριφοράς τους παρέμενε μια τεράστια πρόκληση για την επιστημονική κοινότητα.
Τώρα, μια νέα έρευνα έρχεται να ανατρέψει τα όσα γνωρίζαμε, αποκαλύπτοντας τον κρυφό μηχανισμό πίσω από τις πιο βίαιες εκρήξεις.
Επιστήμονες που μελετούν το μάγμα από την έκρηξη του ηφαιστείου Ταχογκάιτε (Tajogaite) το 2021 στο νησί Λα Πάλμα, ανακάλυψαν ότι η ακραία θερμότητα μπορεί να αλλάξει δραματικά την εξέλιξη μιας έκρηξης.
Όταν το μάγμα υπερθερμαίνεται, μπορεί να διαλύσει τους μικροσκοπικούς «σπόρους» κρυστάλλων που κανονικά πυροδοτούν την κρυστάλλωση, επιτρέποντας στο λιωμένο πέτρωμα να παραμείνει ρευστό για πολύ μεγαλύτερο διάστημα καθώς ανεβαίνει.
Επιστήμονες εντόπισαν μια διαδικασία που καθοδηγείται από τη θερμότητα στο εσωτερικό του μάγματος, η οποία θα μπορούσε να βοηθήσει να εξηγηθεί γιατί ηφαίστεια με παρόμοια χαρακτηριστικά εκρήγνυνται μερικές φορές με πολύ διαφορετικούς τρόπους.
Πώς η «υπερθέρμανση» αλλάζει τους κανόνες των εκρήξεων
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, ανέλυσε το μάγμα από την έκρηξη του ηφαιστείου Ταχογκάιτε (Tajogaite) το 2021 στη Λα Πάλμα της Ισπανίας.
Οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η «υπερθέρμανση» —η οποία συμβαίνει όταν το μάγμα γίνεται θερμότερο από τη θερμοκρασία στην οποία οι κρύσταλλοι παραμένουν σταθεροί— μπορεί να καθυστερήσει τον σχηματισμό κρυστάλλων καθώς το μάγμα κινείται προς την επιφάνεια.
Η υπερθέρμανση εξαφανίζει τους «σπόρους» των κρυστάλλων
Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, διαπίστωσε ότι η έντονη θερμότητα μπορεί να διαλύσει τους μικροσκοπικούς υπάρχοντες κρυστάλλους που κανονικά λειτουργούν ως «σπόροι» για την ανάπτυξη νέων κρυστάλλων.
Η υπερθέρμανση αναδιοργανώνει επίσης το μάγμα σε μικροσκοπικό επίπεδο, καθιστώντας την εσωτερική του δομή πιο ομοιόμορφη και λιγότερο ευνοϊκή για την ανάπτυξη νέων κρυστάλλων.
Αυτές οι αλλαγές μπορούν να επηρεάσουν τόσο την ταχύτητα με την οποία ανεβαίνει το μάγμα όσο και την ευκολία με την οποία διαφεύγουν τα ηφαιστειακά αέρια.
Μαζί, αυτοί οι παράγοντες μπορούν να επηρεάσουν καθοριστικά το αν μια έκρηξη θα προκαλέσει εντυπωσιακούς πίδακες λάβας ή μια πιο αργή ροή λάβας.
Τα αποτελέσματα προσφέρουν νέα γνώση σε ένα μακροχρόνιο επιστημονικό ερώτημα σχετικά με το πώς το ιστορικό της θερμοκρασίας του μάγματος επηρεάζει την κρυστάλλωση πριν και κατά τη διάρκεια μιας έκρηξης.
Η κύρια συγγραφέας, Δρ. Barbara Bonechi, ερευνητική συνεργάτιδα στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, δήλωσε:
«Το ιστορικό της ανάπτυξης κρυστάλλων και φυσαλίδων μπορεί να ελέγξει δραματικά τον τρόπο με τον οποίο εκρήγνυται ένα μάγμα. Συγκεκριμένα, καθώς αναπτύσσονται περισσότεροι κρύσταλλοι, έχουν τελικά δραματική επίδραση στο ιξώδες του μάγματος. Μέχρι τώρα, δεν κατανοούσαμε πλήρως τη δυναμική της ανάπτυξης κρυστάλλων για μάγματα που δέχθηκαν έγχυση υπερθέρμανσης λίγο πριν από την άνοδό τους. Όμως, χρησιμοποιώντας το συναρπαστικό και πρόσφατα αναπτυγμένο δοχείο πίεσης, το οποίο είναι διαφανές στις ακτίνες Χ, σε συνδυασμό με τη μικροτομογραφία ακτίνων Χ σύγχροτρον, μπορούμε στην πραγματικότητα να παρατηρήσουμε αυτές τις διαδικασίες “in situ” (επί τόπου)».
Αναπαράσταση των ηφαιστειακών συνθηκών στο εργαστήριο
Για να διερευνήσουν τη διαδικασία, οι ερευνητές αναπαρήγαγαν τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό ενός ηφαιστείου, χρησιμοποιώντας μάγμα που συλλέχθηκε από την έκρηξη του Ταχογκάιτε. Αυτό το μάγμα ενδέχεται να είχε υπερθερμανθεί πριν από την έκρηξη και καθώς ανέβαινε μέσω του φλοιού.
Στις εγκαταστάσεις του Diamond Light Source, η ομάδα χρησιμοποίησε μικροτομογραφία ακτίνων Χ σύγχροτρον για να παρακολουθήσει τον σχηματισμό κρυστάλλων μέσα στο μάγμα σε πραγματικό χρόνο.
Διεξήγαγαν επίσης συμπληρωματικά πειράματα εκτός εργαστηριακού χώρου (ex-situ) στην Πράγα, γεγονός που κατέστησε δυνατή την παρατήρηση των δειγμάτων για μεγαλύτερες χρονικές περιόδους.
Μαζί, τα πειράματα επέτρεψαν στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν την κρυστάλλωση κάτω από προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες έντονης θερμότητας και πίεσης.
Καθυστέρηση άνω των οκτώ ωρών στην ανάπτυξη των κρυστάλλων
Η διαφορά μεταξύ των δειγμάτων ήταν εντυπωσιακή. Το μάγμα που δεν είχε υπερθερμανθεί άρχισε να σχηματίζει κρυστάλλους μετά από περίπου 20 λεπτά.
Συγκριτικά, η ισχυρή υπερθέρμανση απέτρεψε τον σχηματισμό κρυστάλλων για περισσότερες από οκτώ ώρες.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αυτές τις πειραματικά μετρημένες καθυστερήσεις πυρήνωσης σε αριθμητικά μοντέλα ανόδου του μάγματος. Αυτές οι προσομοιώσεις σχεδιάστηκαν για να δείξουν πώς κινείται και αλλάζει το μάγμα καθώς ταξιδεύει προς τα πάνω μέσω του φλοιού της Γης.
Πώς η θερμότητα αλλάζει το «πρόσωπο» μιας ηφαιστειακής έκρηξης
Τα μοντέλα έδειξαν ότι η μεγάλη καθυστέρηση στην κρυστάλλωση μπορεί να κρατήσει το μάγμα σχετικά ρευστό, επιτρέποντάς του να ανέβει γρήγορα προς την επιφάνεια.
Αυτό το ταχέως κινούμενο μάγμα θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία εντυπωσιακών πιδάκων λάβας. Όταν όμως οι κρύσταλλοι αρχίζουν να σχηματίζονται νωρίτερα, το μάγμα γίνεται πιο πυκνό και πιο ιξώδες (παχύρρευστο).
Στη συνέχεια ανεβαίνει πιο αργά, δίνοντας στα ηφαιστειακά αέρια επιπλέον χρόνο να διαφύγουν, καθιστώντας έτσι πιο πιθανή μια πιο ήπια, εκχυτική έκρηξη.
Οι ερευνητές αναφέρουν ότι αυτός ο πρόσφατα αναγνωρισμένος ρόλος της υπερθέρμανσης θα μπορούσε να βοηθήσει τους ηφαιστειολόγους να ερμηνεύσουν καλύτερα τα δεδομένα παρακολούθησης και να βελτιώσουν τις προβλέψεις για τη συμπεριφορά των εκρήξεων.
Μια απ’ τους συγγραφείς, η Δρ. Margherita Polacci, ανώτερη λέκτορας Ηφαιστειολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, δήλωσε:
«Τα τρέχοντα μοντέλα ηφαιστειακού κινδύνου επικεντρώνονται συνήθως στη χημεία του μάγματος, την περιεκτικότητα σε αέρια και τις μεταβολές της πίεσης. Αυτή η εργασία υποδηλώνει ότι το θερμικό ιστορικό 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».
