Вулканологи получают новое понимание того, что происходит внутри резервуара магмы, который находится под действующим вулканом, и они находят более холодное и твердое место, чем считалось ранее, согласно новому исследованию, опубликованному 16 июня в журнале. Наука. Это новый взгляд на то, как работают вулканы, и в конечном итоге он может помочь вулканологам лучше понять, когда вулкан представляет наибольшую опасность.
«Наше представление о том, как выглядит магматический резервуар, должно измениться», - сказала Кари Купер, профессор физики и Земли Калифорнийского университета в Дэвисе и соответствующий автор статьи.
Напрямую изучать магму сложно. Даже на вулканических участках она лежит на много миль ниже поверхности Земли, и хотя геологи иногда случайно или преднамеренно бурят магму, высокая температура и давление разрушают любой инструмент, который вы можете попытаться в нее вставить.
Вместо этого Купер и ее коллеги собрали кристаллы циркона из обломков, образовавшихся вокруг горы Таравера в Новой Зеландии в результате извержения около 700 лет назад. Это извержение, примерно в пять раз превышающее по размеру гору Сент-Хеленс в 1980 году, вынесло на поверхность лаву, которая находилась в резервуаре, подвергшись воздействию ее температуры и химического состава. Оказавшись на поверхности, запись прошлого застыла на месте.
Кристаллы подобны «черному ящику» бортового самописца для изучения вулканических извержений, сказал Купер. «Вместо того, чтобы пытаться собрать воедино обломки, кристаллы могут рассказать нам, что происходило, пока они находились под поверхностью, включая подготовку к извержению».
Изучая элементы микроэлементов в семи кристаллах циркона, они смогли определить, когда кристаллы впервые образовались и как долго в течение своей жизни в магматическом резервуаре они подвергались воздействию высокой температуры (более 700 градусов по Цельсию). Кристаллы дают информацию о состоянии той части магматического резервуара, в которой они находились.
Исследователи обнаружили, что все, кроме одного из семи кристаллов, имеют возраст не менее десятков тысяч лет, но лишь небольшая их часть (менее четырех процентов) подвергалась воздействию расплавленной магмы.
Снежный конус, а не расплавленное озеро
Появляющаяся картина, по словам Купера, представляет собой не столько кипящую массу расплавленной породы, сколько что-то вроде снежного конуса: в основном твердый и кристаллический, сквозь который просачивается немного жидкости.
Чтобы вызвать извержение, определенное количество этой твердой кристаллической магмы должно расплавиться и мобилизоваться, возможно, путем взаимодействия с более горячей жидкостью, хранящейся в другом месте резервуара. Магма перед извержением, вероятно, притягивает материал из разных частей резервуара, и это происходит очень быстро в геологическом времени - от десятилетий до столетий. Это означает, что можно определить вулканы с самым высоким риском извержения, ища те, где магма наиболее подвижна..
Интересно, что все исследованные кристаллы остались нерасплавленными в магматическом резервуаре горы Таравера во время гигантского извержения, которое произошло около 25 000 лет назад, прежде чем они были выброшены ветром во время меньшего извержения 700 лет назад. Это показывает, что мобилизация магмы должна быть сложным процессом.
«Чтобы понять извержение вулкана, мы должны быть в состоянии расшифровать сигналы, которые вулкан дает нам до того, как он извергнется», - говорит Дженнифер Уэйд, программный директор отдела наук о Земле Национального научного фонда, который финансировал исследование. «Это исследование отсчитывает время до извержения и использует сигналы в кристаллах, чтобы понять, когда магма переходит от хранения к мобилизации для извержения."