Учёные выяснили, почему некоторые вулканы не взрываются

Международная группа исследователей, включая учёного из ETH Zurich, обнаружила новый фактор, влияющий на взрывоопасность вулканов. Оказалось, что сдвиговые силы в магме могут вызывать образование газовых пузырей даже без снижения давления, что объясняет, почему некоторые газонасыщенные вулканы извергаются спокойно.

Число Пуазёйля в вулканических системах. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8543

До сих пор считалось, что взрывоопасность извержения зависит от количества газовых пузырей, образующихся при падении давления во время подъёма магмы. Однако вулканы вроде Сент-Хеленс в США или чилийского Кисапу иногда извергались спокойно, несмотря на магму с высоким содержанием газа.

Сдвиговые силы как ключевой фактор

В статье для журнала Science исследователи показали, что газовые пузыри могут формироваться в поднимающейся магме не только из-за падения давления, но и под действием сдвиговых сил. Если эти пузыри растут глубоко в вулканическом канале, они могут объединяться и создавать каналы дегазации. Газ высвобождается на ранней стадии, и магма вытекает спокойно.

«Наши эксперименты показали, что движения в магме из-за сдвиговых сил достаточно для образования газовых пузырей — даже без падения давления», — объясняет Оливье Бахман, профессор вулканологии ETH Zurich.

Эксперименты показали, что пузыри образуются преимущественно у краёв канала, где сдвиговые силы наиболее сильны. Существующие пузыри дополнительно усиливают этот эффект.

Объяснение парадоксальных извержений

Согласно новым данным, сдвиговые силы могут вызывать раннее образование и объединение пузырей в газонасыщенной магме, создавая каналы дегазации, которые снижают давление газа.

«Таким образом мы можем объяснить, почему некоторые вязкие магмы вытекают спокойно вместо взрыва, несмотря на высокое содержание газа — эта загадка долго нас озадачивала», — говорит Бахман.

Примером служит извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году. Хотя магма была богата газом, извержение началось с медленного потока лавы. Сильные сдвиговые силы создали дополнительные газовые пузыри, позволившие газу высвободиться. Взрыв произошёл только когда оползень дальше открыл жерло вулкана.

Специальный эксперимент

Исследователи разработали специальный эксперимент, используя вязкую жидкость, напоминающую расплавленную породу, насыщенную углекислым газом. Они наблюдали, как при превышении определённого порога сдвиговых сил в жидкости внезапно образовывались газовые пузыри.

Комбинируя наблюдения с компьютерным моделированием, учёные показали, что эффект особенно вероятен в зонах, где вязкая магма течёт вдоль стенок канала и испытывает сильные сдвиговые силы.

«Чтобы лучше прогнозировать опасность вулканов, нам нужно обновить наши модели и учитывать сдвиговые силы в каналах», — заключает Бахман.

Больше информации: Olivier Roche et al, Shear-induced bubble nucleation in magmas, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adw8543