Перегрев магмы может объяснить мощные фонтаны лавы

Ученые выяснили, почему вулканы со схожими характеристиками иногда извергаются совершенно по-разному. Международная исследовательская группа под руководством Манчестерского университета проанализировала магму извержения Тайогайте 2021 года на острове Ла-Пальма (Испания) и обнаружила, что «перегрев» может отсрочить образование кристаллов по мере подъема магмы к поверхности.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, показало, что интенсивное тепло способно растворять крошечные кристаллы, которые обычно служат «затравками» для роста новых. Перегрев также перестраивает магму на микроскопическом уровне, делая ее внутреннюю структуру более однородной и менее благоприятной для образования кристаллов. Эти изменения влияют на скорость подъема магмы и легкость выхода вулканических газов, что определяет, будет ли извержение эффектным фонтаном лавы или медленным вытеканием.

Ведущий автор исследования, доктор Барбара Бонечи из Манчестерского университета, отметила: «История роста кристаллов и пузырьков может кардинально контролировать то, как извергается магма; в частности, по мере роста кристаллов они в конечном итоге оказывают драматическое влияние на вязкость магмы. До сих пор мы не до конца понимали динамику роста кристаллов для магм, получивших инъекцию перегрева непосредственно перед подъемом. Но, используя наш новый рентгенопрозрачный сосуд высокого давления в сочетании с синхротронной рентгеновской микротомографией, мы можем наблюдать эти процессы "вживую"».

Чтобы воспроизвести условия внутри вулкана, исследователи использовали магму, собранную с извержения Тайогайте. В лаборатории Diamond Light Source они с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии наблюдали за формированием кристаллов в режиме реального времени, а также провели дополнительные эксперименты в Праге для наблюдения за образцами в течение более длительных периодов.

Результаты оказались поразительными. Магма, не подвергавшаяся перегреву, начинала формировать кристаллы примерно через 20 минут. Сильный перегрев предотвращал образование кристаллов более чем на восемь часов. Эти экспериментальные данные были использованы в численных моделях подъема магмы.

Модели показали, что длительная задержка кристаллизации сохраняет магму относительно жидкой, позволяя ей быстро подниматься к поверхности, что может генерировать драматические фонтаны лавы. Если кристаллы начинают формироваться раньше, магма становится более вязкой, поднимается медленнее, давая газам больше времени для выхода, что делает более вероятным спокойное, эффузивное извержение.

Соавтор исследования, доктор Маргерита Полаччи, старший преподаватель вулканологии Манчестерского университета, добавила: «Современные модели вулканической опасности обычно фокусируются на химии магмы, содержании газа и изменениях давления. Эта работа предполагает, что доизверженческая термическая история и кинетика кристаллизации также могут играть важную роль в контроле подъема магмы и характера извержения, что имеет значение для оценки вулканической опасности».

Ученые полагают, что это новое понимание роли перегрева может помочь вулканологам лучше интерпретировать данные мониторинга и улучшить прогнозы поведения извержений.