Régóta kutatott rejtélyre jötte rá a kutatók

A túlhevülés egy olyan folyamat, amelynek során a magma felmelegszik azon hőmérséklet fölé, amelyen a kristályai stabilak maradhatnak. Az új tanulmány megállapította, hogy a túlhevülés jelentősen késlelteti a kristályképződést, ahogy a magma a Föld felszíne felé emelkedik.

Ez segít megmagyarázni, hogy a hasonló vulkáni rendszerek miért mutatnak rendkívül eltérő kitörési viselkedést.

A kutatók a 2021-es spanyolországi La Palma-i Tajogaite-kitörés során gyűjtött magmára összpontosítottak vizsgálatukban . A pusztító, 85 napig tartó katasztrófa 3000 épületet pusztított el, és több ezer lakost kényszerített otthona elhagyására.

Képzeljünk el két egyforma vulkánt. A kettőnek pontosan ugyanolyan a kémiai összetétele, ugyanaz a gáztartalma, és ugyanaz a földalatti nyomása. Mégis, amikor a kitörés bekövetkezik, az egyik gyengéden ártalmatlanul szivárog, míg a másik hevesen tűzfüggönyöket lövell az ég felé.

A szakértők régóta küzdenek ennek a kiszámíthatatlan viselkedésnek a magyarázatával. Most pedig megtalálták a választ.

Kiderült, hogy a magma rejtett termikus története határozza meg, milyen veszélyesen viselkedik.

A titok felfedése érdekében a kutatók La Palmába, Spanyolországba utaztak, és a Tajogaite kitörés során hűlő kőzetet gyűjtöttek.

A csapat vulkáni mintákat vett, és egy újonnan tervezett, röntgensugár-áteresztő nyomástartó edény segítségével rekonstruálta a termikus folyamatot. A kőzeteket intenzív hővel és nyomással robbantották. Ezután a csapat valós időben figyelte a magma olvadását nagy teljesítményű szinkrotron röntgenmikrotomográfia segítségével.

Amit láttak, mindent megváltoztatott. Normális esetben, ahogy a folyékony magma lehűl a felszín felé vezető úton, mikroszkopikus kristályos „magokra” támaszkodik a megszilárdulás megkezdéséhez.

Olyan, mint a légkörben lévő por, amely segíti az esőcseppek kialakulását. De amikor a magma felemelkedése előtt hirtelen extrém hőhatás éri – ezt az állapotot túlhevülésnek nevezik –, ezek az apró kristálymagok feloldódnak.

A tanulmány kimutatta, hogy a szélsőséges hőmérsékletek megolvasztják a mikroszkopikus kristálymagokat és homogenizálják a magma belső szerkezetét, ami súlyosan akadályozza az új kristályok növekedését.

Ez a szerkezeti változás rendkívül folyékony állapotban tartja a magmát, közvetlenül meghatározva, hogy milyen gyorsan emelkedik a felszínre, és milyen könnyen tudnak kiszabadulni a csapdába esett vulkáni gázok. Ez a két kritikus tényező végső soron meghatározza, hogy egy kitörés heves robbanás vagy enyhe áramlás lesz-e.

Felfedezték, hogy a nem túlhevített magma mindössze 20 perc alatt kristályosodik, míg a túlhevített magma több mint nyolc órával késlelteti a kristálynövekedést.

Amikor ezeket a késéseket beillesztették a magma felemelkedésének számítógépes szimulációiba, a modellek éles ellentétet tártak fel a vulkáni viselkedésben. A túlhevített magma elhúzódó folyékony állapota lehetővé teszi, hogy gyorsan a felszínre törjön, és látványos lávaszökőkutakat indítson el. Másrészt a korán kristályosodó magma sűrűvé és lomhává válik, lehetővé téve a gázok biztonságos távozását, és sokkal enyhébb, lassabb lávafolyást eredményezve.

Eddig a standard vulkáni kockázati modellek teljesen figyelmen kívül hagyták ezt a termikus előzményt. A tudósok csak a vulkán aktuális kémiai összetételét, gázszintjét és nyomását mérték.

„Ez a munka arra utal, hogy a kitörés előtti termikus történelem és a kristályosodási kinetika szintén fontos szerepet játszhat a magma felemelkedésének és a kitörési viselkedésnek a szabályozásában, ami hatással lehet a vulkáni veszélyek értékelésére” – mondta Dr. Margherita Polacci, a Manchesteri Egyetem vulkanológiai tanszékének docense.

A felfedezés segíthet a vulkáni monitoring jelek dekódolásában és a közelgő kitörések előrejelzésében – írta az Interesting Engineering.