Новое исследование, проведенное учеными из Ливерпульского университета, дало новое представление о том, как расплавленная горная порода (магма) движется через земную кору, питая вулканические извержения.
Используя лабораторные эксперименты с водой, желе и лазерной визуализацией, исследователи смогли продемонстрировать, как магма течет через земную кору на поверхность через заполненные магмой трещины, называемые дайками.
Этот новый подход к изучению потока магмы показал, что до извержения вулкана происходила рециркуляция жидкости в дайке и нестабильность потока, детали, которые ранее не были задокументированы.
Почти все вулканические извержения подпитываются дайками, которые переносят магму от ее источника на поверхность. Понимание того, как магма проходит через эти дайки на поверхность, имеет решающее значение для прогнозирования характера, продолжительности и климатического воздействия вулканических извержений.
Исследователи создали уменьшенную модель активной вулканической водопроводной системы, используя резервуар из плексигласа, наполненный желатином, представляющим земную кору, а затем наполнив его окрашенной водой, представляющей магму.
Они применили передовые методы лазерной визуализации, чтобы заглянуть внутрь модели. Частицы пассивного индикатора, добавленные к жидкости, светились в лазерном листе, что позволяло отображать поток модельной магмы по мере роста дайки.
Цифровые камеры зафиксировали изменения формы модели вулканической водопроводной системы с течением времени, а изменения поверхности коры были зафиксированы с помощью лазерного сканера над головой. Поляризованный свет позволял наблюдать картины подповерхностных напряжений, которые могли бы привести к растрескиванию горных пород в природе, по мере роста дамбы.
Эта новая экспериментальная установка впервые позволила одновременно измерить поток жидкости, подповерхностную и поверхностную деформацию во время подъема магмы через заполненные магмой трещины.
Это открытие поможет в интерпретации данных полевых исследований и геофизических исследований, что в конечном итоге улучшит нашу способность понять, произойдет ли извержение.
Ливерпульский вулканолог, доктор Джанин Кавана, возглавляющая специализированную лабораторию MAGMA университета, сказала: «Впервые, используя инновационные лабораторные эксперименты, которые объединили наши знания о вулканических водопроводных системах с инженерным опытом, нам удалось увидеть, как магма вытекает через земную кору на поверхность через дайки.
Наши эксперименты, впервые использовавшие технологию лазерной визуализации таким образом, выявили сильную связь между поверхностными деформациями и подповерхностными процессами.
Это указывает на то, что как свойства магмы, так и свойства вмещающей породы контролируют подъем дайки, что является совершенно новым открытием и бросает вызов нашим существующим представлениям о потоке магмы через породы.
"Поскольку невозможно всегда успешно предсказывать вулканические явления из-за отсутствия полных знаний о сигналах, ведущих к катастрофам, эти результаты являются важным новым открытием, и в конечном итоге мы надеемся, что они будут способствовать нашему пониманию того, где и когда будет следующее извержение вулкана."
Поскольку более 800 миллионов человек во всем мире живут рядом с вулканом, которому угрожает извержение, понимание причин вулканических извержений имеет жизненно важное значение для прогнозирования, оценки опасности и снижения риска.
Статья «Сложные модели подъема даек с использованием новых лабораторных экспериментов: последствия для новой интерпретации свидетельств подъема магмы и вулканизма» опубликована в Журнале вулканологии и геотермальных исследований.