Новое исследование показывает, почему магматические очаги, которые питают повторяющиеся и часто эксплозивные вулканические извержения, имеют тенденцию находиться в очень узком диапазоне глубин в пределах земной коры. Результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, могут помочь ученым лучше понять вулканические процессы во всем мире.
В исследовании используются компьютерные модели, которые фиксируют физику того, как магматические очаги, резервуары в земной коре, которые содержат частично расплавленную породу, эволюционируют с течением времени. Модели показали, что два фактора - способность водяного пара выходить из магмы пузырями и способность земной коры расширяться, чтобы приспособиться к росту очагов, - являются ключевыми факторами, ограничивающими глубину магматических очагов, которые обычно обнаруживаются между шестью и Глубина 10 км.
«Из наблюдений мы знаем, что, по-видимому, существует благоприятная точка с точки зрения глубины для повторяющихся извержений магматических очагов», - сказал Кристиан Хубер, геолог из Университета Брауна и ведущий автор исследования. «Почему существует эта точка наилучшего восприятия, долгое время оставалось открытым вопросом, и это первое исследование, объясняющее процессы, которые ее контролируют».
Глубины от шести до 10 километров обычно соответствуют давлению около 1,5 кбар на мелководье и 2,5 килобар на глубоководной стороне. Модели показали, что при давлении менее 1,5 килобар вода, попавшая в магму, легко образует пузыри, что приводит к сильным вулканическим взрывам, выбрасывающим из очага больше магмы, чем может быть заменено. Эти камеры быстро перестают существовать. При давлении более 2,5 килобар высокие температуры глубоко внутри Земли делают породы, окружающие магматический очаг, мягкими и податливыми, что позволяет очагу комфортно расти, не извергаясь на поверхность. Эти системы со временем остывают и затвердевают, но никогда не извергаются.
«Между 1.5 и 2.5 системы довольны», - сказал Хубер. «Они могут взрываться, перезаряжаться и продолжать работать».
Ключ к моделям, по словам Хубера, заключается в том, что они фиксируют динамику как вмещающей коры, так и магмы в самой камере. Способность глубоких магматических очагов расти без извержений была достаточно хорошо изучена, но ограничения, которые водяной пар оказывает на неглубокие магматические очаги, не были оценены..
«Не было хорошего объяснения тому, почему эта обитаемая зона должна заканчиваться на уровне 1,5 килобар», - сказал Хубер. «Мы показываем, что поведение газа действительно важно. Просто извергается больше массы, чем может быть перезаряжено».
Хубер говорит, что результаты будут полезны для понимания глобального запаса магмы.
«Соотношение количества магмы, которая остается в земной коре, по сравнению с тем, сколько магмы извергается на поверхность, является огромным вопросом», - сказал Хубер.«Магма поставляет CO2 и другие газы в атмосферу, что влияет на климат. Поэтому очень важно иметь руководство, чтобы понять, что выходит и что остается внутри».
Соавторы статьи Мередит Таунсенд, Вим Дегрюйтер и Оливье Бахманн. Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда (NSF-EAR 1760004) и Швейцарского национального фонда (200021_178928).