До недавнего времени ученые считали, что пузырьки газа в магме образуются главным образом при снижении давления во время подъема расплава к поверхности. На глубине высокое давление удерживает газы в растворенном состоянии, но при падении давления газы выделяются и формируют пузыри. Чем больше пузырьков, тем менее плотной становится магма и тем быстрее она движется вверх, что может привести к взрывному извержению.
Ученые объяснили почему иногда вулканы вытекают спокойно, а иногда взрываются
Международная группа ученых выяснила, что интенсивность извержения вулкана зависит не только от падения давления, но и от сдвиговых сил в магме. Это объясняет, почему некоторые вулканы с насыщенной газом магмой извергаются спокойно, а некоторые наоборот мощно взрываются.
Новые исследования показывают, что вулканическая магма может генерировать пузырьки газа не только при падении давления во время подъема, но и под воздействием внутренних сдвиговых сил, которые «разминают» расплавленную породу. Эти пузырьки, образованные сдвиговыми силами, могут либо вызвать взрывное ускорение, либо открыть пути для выхода газа, что успокаивает мощное извержение. Shutterstock
Процесс выброса магмы можно сравнить с открыванием бутылки шампанского. Пока бутылка закрыта и находится под давлением, углекислый газ остается растворенным в жидкости. При открывании давление падает, что позволяет газу образовать пузырьки. Эти пузырьки поднимают жидкость к горлышку и могут вызвать настоящий фонтан. Аналогичный процесс происходит в вулкане: при снижении давления газы выделяются из магмы, образуя пузыри, которые делают расплав менее плотным и заставляют его быстрее двигаться вверх, что приводит к мощному извержению. Но так бывает не всегда.
Но эта модель не объясняла, почему некоторые вулканы, включая Сент-Хеленс в США и чилийский Кисапу, временами выбрасывали лаву спокойно, хотя магма содержала большое количество газа, способного вызвать мощный взрыв.
Исландия.
Новое исследование показало, что пузырьки могут появляться в поднимающейся магме под действием сдвиговых сил, а не только при падении давления. Эти силы возникают из-за разной скорости движения магмы: у стенок вулканического канала, где трение выше, она течет медленнее, чем в центре. Это создает эффект «вымешивания» расплава, провоцируя образование газовых пузырьков. Результаты опубликованы в журнале Science.
Сила вулкана и растворенный в лаве газ
«Наши эксперименты показали, что движение в магме из-за сдвиговых сил достаточно для формирования газовых пузырьков — даже без падения давления», — объясняет соавтор работы Оливье Бахманн.
Исландия.
Исследователи обнаружили, что пузырьки образуются преимущественно у краев канала, где сдвиговые силы наиболее сильны. Чем больше газа содержит магма, тем меньше требуется сдвига для появления и роста пузырьков. Когда пузыри формируются на ранней стадии в глубинных частях канала, они могут объединяться и создавать пути для выхода газа. Если газ выходит рано через эти каналы, магма достигает поверхности в виде спокойного потока.
Новые данные позволяют объяснить извержение Сент-Хеленс в 1980 году. Хотя магма была газонасыщенной и потенциально взрывоопасной, извержение началось с медленного потока лавы. Сдвиговые силы произвели дополнительные пузырьки газа, которые обеспечили выход газов. Взрыв произошел только после того, как оползень открыл вулканическое жерло шире и случилось резкое падение давления.
«Чтобы лучше прогнозировать опасность вулканов, нам нужно обновить наши модели и учитывать сдвиговые силы в каналах», — говорит Бахманн.