Исследователи Университета Аляски в Фэрбенксе обнаружили, что вулканы обладают уникальным способом борьбы с давлением - с помощью кристаллов.
Согласно новому исследованию, опубликованному в Журнале геологии, сеть микроскопических кристаллов может уменьшить внутреннее давление поднимающейся магмы и уменьшить взрывоопасность извержений.
Кристаллы могут образоваться в поднимающейся расплавленной породе всего за 18 минут. Если магма состоит более чем на 20 процентов из кристаллов, они могут действовать как ограждения, направляющие газ к возможным трещинам внутри вулкана или к отверстию на поверхности Земли.
"Проблема в том, что газ не может выйти", - сказала Аманда Линду, ведущий автор и докторант UAF по геолого-геофизическим исследованиям. «Это вызывает нарастание давления, которое может привести к очень взрывным извержениям, которые выбрасывают шлейфы пепла. Кристаллы могут смягчить это».
Соавтор исследования Джессика Ларсен, вулканолог из Геофизического института UAF, сказала, что полученные данные бросают вызов преобладающему предположению о том, что количество кремнезема в магме является основным фактором утечки газа.
Обычное эмпирическое правило, по ее словам, состоит в том, что магмы с большим количеством кремнезема медленно движутся, что может затруднить утечку газа. Хотя ученые знают, что эта магма имеет тенденцию образовывать меньше кристаллов, она сказала, что не так много исследований было посвящено роли кристаллов в извержениях.
Вулканы на Алеутских островах, Каскадном хребте и в Центральной Америке вызвали любопытство Ларсена. Некоторые вулканы в этих регионах имеют магму с постоянным высоким содержанием кремнезема, в то время как другие имеют магму с низким содержанием кремнезема.
«Если следовать эмпирическому правилу, то вулканы с магмой с низким содержанием кремнезема не должны вызывать опасных взрывных извержений», - сказала она. «И все же они есть. Мы хотели знать, что качало маятник, потому что это важно для понимания опасности извержений».
Чтобы изучить кристаллы, Линду работал с Ларсеном в Лаборатории экспериментальной петрологии Геофизического института, где есть печь, которая может перегревать вулканические породы до 2 400 F и снова превращать их в расплавленную лаву. Он также имеет нагнетательные насосы, напорные линии и клапаны.
Линду создал магму из изверженных материалов с Алеутских островов. Она приложила экстремальное давление к магме, чтобы имитировать давление в Земле, но затем уменьшила давление, чтобы имитировать подъем магмы с низким содержанием кремнезема.
По мере того, как магма "поднималась", растворенная вода превращалась в пузырьки газа - так же, как пузырьки образуются при открытии бутылки с газировкой под давлением. В расплавленной части также росли кристаллы. Затем компания Lindoo сравнила лабораторные образцы с образцами, взятыми в результате вулканических взрывов, и обнаружила структуры кристаллических сетей, направляющих газ в местах, где кристаллообразование было высоким..
Ларсен сказал, что температура, количество воды в магме и скорость подъема магмы играют роль в формировании кристаллов.
«На какое-то время мы поняли, как образуются кристаллы, - сказал Ларсен. «Но мы не знали, насколько сильно кристаллы повлияли на выход газа».
Ларсен сказала, что продолжит исследования, но на следующем этапе будет изучено, как различные размеры и формы кристаллов влияют на выход газа.