Vulkaniske krystaller giver et nyt syn på magma

Vulkanologer får en ny forståelse af, hvad der foregår inde i magma-reservoiret, der ligger under en aktiv vulkan, og de finder en koldere, mere solidt sted end tidligere antaget, ifølge ny forskning offentliggjort 16. juni i tidsskriftet Videnskab . Det er et nyt syn på, hvordan vulkaner fungerer, og kunne i sidste ende hjælpe vulkanologer med at få en bedre idé om, hvornår en vulkan udgør den største risiko.

"Vores koncept for, hvordan et magmareservoir ser ud, skal ændres, sagde Kari Cooper, professor i jord- og fysiske videnskaber ved University of California, Davis og tilsvarende forfatter på papiret.

Det er svært at studere magma direkte. Selv på vulkanske steder, den ligger milevidt under jordens overflade, og mens geologer lejlighedsvis har boret i magma ved et uheld eller design, varme og tryk ødelægger ethvert instrument, du kan prøve at sætte ind i det.

I stedet, Cooper og hendes kolleger indsamlede zirkonkrystaller fra affald aflejret omkring Mount Tarawera i New Zealand ved et udbrud for omkring 700 år siden. Det udbrud, omkring fem gange størrelsen af ​​Mount St. Helens i 1980, bragte lava op til overfladen, der havde opholdt sig i reservoiret, udsat for dets temperatur og kemi. En gang på overfladen, fortidens optegnelse var frosset på plads.

Krystallerne er som en "black box" flyrecorder til at studere vulkanudbrud, sagde Cooper. "I stedet for at prøve at samle vraget, krystallerne kan fortælle os, hvad der foregik, mens de var under overfladen, inklusive opløbet til et udbrud."

Ved at studere sporkomponentelementer i syv zirkonkrystaller, de kunne bestemme, hvornår krystallerne først blev dannet, og hvor længe i løbet af deres liv i magma-reservoiret, de blev udsat for høj varme (over 700 grader Celsius). Krystallerne giver information om tilstanden af ​​den del af magmareservoiret, hvori de befandt sig.

Forskerne fandt ud af, at alle på nær én af de syv krystaller var mindst titusinder af år gamle, men havde kun brugt en lille procentdel (mindre end omkring fire procent) udsat for smeltet magma.

En snekegle ikke en smeltet sø

Det billede, der tegner sig, Cooper sagde, er mindre en sydende masse af smeltet sten end noget som en snekegle:for det meste fast og krystallinsk, med lidt væske der siver igennem.

For at skabe et udbrud, en vis mængde af det faste stof, krystallinsk magma skal smelte og mobilisere, muligvis ved at interagere med varmere væske lagret andetsteds i reservoiret. Magmaet før udbrud trækker sandsynligvis materiale fra forskellige dele af reservoiret, og det sker meget hurtigt i geologisk tid - over årtier til århundreder. Det betyder, at det kan være muligt at identificere vulkaner med størst risiko for udbrud ved at lede efter dem, hvor magmaen er mest mobil.

Interessant nok, alle de undersøgte krystaller var forblevet usmeltede i Mount Taraweras magmareservoir gennem et gigantisk udbrud, der fandt sted omkring 25. 000 år siden, før de blev blæst ud i det mindre udbrud for 700 år siden. Det viser, at magmamobilisering må være en kompleks proces.

"For at forstå vulkanudbrud, vi skal være i stand til at tyde de signaler vulkanen giver os, før den går i udbrud, " siger Jennifer Wade, en programdirektør i National Science Foundation's Division of Earth Sciences, som finansierede forskningen. "Denne undersøgelse sikkerhedskopierer uret til tiden før et udbrud, og bruger signaler i krystaller til at forstå, hvornår magma går fra at blive lagret til at blive mobiliseret til et udbrud."