Vand driver eksplosive udbrud:Magma er vådere, end vi troede

Flygtige grundstoffer i magma, primært vand, drive eksplosive vulkanudbrud. Den vanskelige del er at bestemme, hvor meget flygtigt indhold der var til stede, før udbruddet fandt sted. Dette er især svært, når det eneste bevis, forskerne skal fortsætte, er slutproduktet, efter at alle flygtige stoffer er gået tabt.

Ny forskning fra Washington University i St. Louis giver overbevisende beviser på, at magmaer kan være vådere, end man engang troede. Arbejdet, ledet af eksperimentelle geokemikere, herunder Michael J. Krawczynski, assisterende professor i jord- og planetvidenskab i kunst og videnskab, er offentliggjort i tidsskriftets 2. juli-udgave Amerikansk mineralog .

Den mest almindelige metode til bestemmelse af flygtigt indhold kræver at studere smelteindeslutninger, små stykker magma fanget i krystaller brød ud i lava. Forskere studerer disse glasagtige indeslutninger for at bestemme mængden af ​​tilstedeværende brint - hvilket, gennem tilbageregning, kan indikere, hvor meget vand der var opløst i magmaen i jordskorpen, før en vulkan gik i udbrud. Denne metode er generelt accepteret som en nøjagtig nedre grænse for flygtigt indhold, tegner sig for noget vand, der kunne være gået tabt under selve eksplosionen.

Krawczynski og Maxim Gavrilenko, en tidligere postdoktor i Krawczynskis laboratorium, som nu er ved University of Nevada, Reno, ville i stedet se på den øvre grænse - noget, der ikke var blevet undersøgt eksperimentelt.

"Hvad folk aldrig har set på før, og hvad vi prøver at måle nu, er, hvor stor er denne spand?" sagde Krawczynski. "Du kan forestille dig, hvis det regnede meget, og din regnmåler var fuld, så ved man ikke rigtig hvor meget det regnede. Det kunne have regnet mere! Vi kan bare ikke sige."

Det samme gælder for smelteindeslutninger. Hvis en smelteinkludering ikke kan holde alt vandet, så har forskerne ikke den rigtige læsning af den øvre grænse for vandindhold i magma. Spanden er for lille.

Skaber magma i laboratoriet

Gavrilenko og Krawczynski skabte syntetiske smelteindeslutninger i laboratoriet for at finde ud af, hvor meget vand en smelte muligvis kunne indeholde. At gøre dette, forskerne gengav de temperatur- og trykforhold, der eksisterer 40 kilometer under jordens overflade. Næste, de smeltede og bratkølede (hurtigt afkølede) prøven, fandt derefter ud af, om deres eksperiment havde skabt et glas. De fortsatte processen, tilsætning af mere og mere vand til prøven, indtil prøven ikke længere kunne bratkøles til et glas.

"Vi fandt ud af, at hvis du har meget vand, så har du til sidst ikke et glas, " sagde Gavrilenko. Disse afglaserede (ikke-glasagtige) smelteindeslutninger findes i naturen, men er fortrinsvis ikke undersøgt for flygtige stoffer - hvilket har ført til prøvebias i dette forskningsfelt.

Denne skævhed er især problematisk for forskere, der forsøger at forstå, hvor meget vand der bliver genbrugt tilbage til overfladen ved subduktionszoner, som er rigest på vand sammenlignet med andre tektoniske omgivelser. "Hvis de dybe magmaer i disse zoner har mere end 9 vægtprocent vand, så vil de ikke blive målt korrekt med den nuværende guldstandardmetode, " sagde Gavrilenko. "Der er behov for at finde en ny metode til, hvordan man måler. Vi har brug for en ny, større spand."

Globale vandkredsløbsimplikationer

Disse resultater stemmer overens med nyligt arbejde af Douglas A. Wiens, Robert S. Brookings Distinguished Professor i jord- og planetvidenskab. I et papir offentliggjort i tidsskriftet Natur sidste efterår, Wiens konkluderede, at så meget som fire gange mere vand kunne trænge ind i Jordens kappe, end forskerne troede. Gavrilenko og Krawczynskis arbejde peger på, hvordan vandkredsløbet ind og ud af skorpen kan blive rebalanceret i kølvandet på sådanne opdagelser.

"Hvis mere er på vej ned (i kappen), mere skal komme tilbage i jordskorpen, " sagde Krawczynski. "Det er det, vi kigger på her. Vi har forstået, at det er en cyklus, der skal balanceres, men vi har ikke haft en god forståelse af størrelserne på de forskellige reservoirer."