Hvordan man bedre identificerer farlige vulkaner

Jo mere vand der opløses i magma, jo større er risikoen for, at en vulkan eksploderer. En ny ETH -undersøgelse viser nu, at denne enkle regel kun delvist er sand. Paradoksalt nok, højt vandindhold reducerer risikoen for eksplosion betydeligt.

Vulkanologer har længe været bekymret over to spørgsmål:Hvornår vil en vulkan egentlig udbrud næste gang? Og hvordan vil det udbrud forløbe? Vil lavaen flyde ned ad bjerget som en tyktflydende pasta, eller vil vulkanen eksplosivt drive en sky af aske kilometer op i atmosfæren?

Det første spørgsmål om "hvornår" kan nu besvares relativt præcist, forklarer Olivier Bachmann, Professor i magmatisk petrologi ved ETH Zürich. Han peger på overvågning af data fra Den Kanariske Ø La Palma, hvor vulkanen Cumbre Vieja for nylig udsendte en lavastrøm, der væltede ned til havet. Ved hjælp af seismiske data, eksperterne var i stand til at spore lavens stigning i realtid, så at sige, og forudsige udbruddet inden for et par dage.

Uforudsigelige naturkræfter

"Hvordan, " på den anden side, er stadig en stor hovedpine for vulkanologer. Vulkaner på øer som La Palma eller Hawaii vides ikke at producere enorme eksplosioner. Men dette spørgsmål er meget vanskeligere at besvare for de store vulkaner langs subduktionszoner, som dem, der findes i Andesbjergene, på den amerikanske vestkyst, i Japan, Indonesien, eller i Italien og Grækenland. Dette er fordi alle disse vulkaner kan bryde ud på mange forskellige måder, uden nogen måde at forudsige, hvad der vil ske.

For bedre at forstå, hvordan en vulkan bryder ud, i de senere år har mange forskere fokuseret på, hvad der sker i den vulkanske kanal. Det har været kendt i nogen tid, at de opløste gasser i magma, som derefter fremstår som lava på Jordens overflade, er en vigtig faktor. Hvis der er store mængder af opløste gasser i magma, gasbobler dannes som reaktion på faldet i tryk, når magma stiger op gennem kanalen, ligner det, der sker i en rystet champagneflaske. Disse gasbobler, hvis de ikke kan flygte, derefter føre til et eksplosivt udbrud. I modsætning, en magma, der indeholder lidt opløst gas, strømmer forsigtigt ud af kanalen og er derfor meget mindre farlig for det omkringliggende område.

Hvad sker der i optakten?

Bachmann og hans postdoktorforsker Răzvan-Gabriel Popa har nu fokuseret på magmakammeret i en ny undersøgelse, de for nylig offentliggjorde i tidsskriftet Naturgeovidenskab . I et omfattende litteraturstudie, de analyserede data fra 245 vulkanudbrud, rekonstruerer, hvor varmt magmakammeret var før udbruddet, hvor mange faste krystaller der var i smelten, og hvor højt det opløste vandindhold var. Denne sidste faktor er særlig vigtig, fordi det opløste vand senere danner de berygtede gasbobler under magmaens opstigning, forvandle vulkanen til en champagneflaske, der for hurtigt var uden kork.

Dataene bekræftede oprindeligt den eksisterende doktrin:hvis magma indeholder lidt vand, risikoen for et eksplosivt udbrud er lav. Risikoen er også lav, hvis magmaen allerede indeholder mange krystaller. Dette er fordi disse sikrer dannelsen af ​​gaskanaler i kanalen, hvorigennem gassen let kan slippe ud, Bachmann forklarer. I tilfælde af magma med få krystaller og et vandindhold på mere end 3,5 procent, på den anden side, risikoen for et eksplosivt udbrud er meget høj - ligesom den herskende doktrin forudsiger.

Hvad overraskede Bachmann og Popa, imidlertid, var, at billedet ændrer sig igen med højt vandindhold:hvis der er mere end cirka 5,5 procent vand i magma, risikoen for et eksplosivt udbrud falder markant, selvom mange gasbobler helt sikkert kan dannes, når lavaen stiger. "Så der er et klart defineret risikoområde, som vi skal fokusere på, "Forklarer Bachmann.

Gasser som buffer

De to vulkanologer forklarer deres nye fund ved hjælp af to effekter, alt relateret til det meget høje vandindhold, der får gasbobler til at dannes, ikke kun i ledningen, men også nede i magmakammeret. Først, de mange gasbobler forbindes tidligt, i stor dybde, at danne kanaler i kanalen, gør det lettere for gassen at slippe ud. Gassen kan derefter sive ud i atmosfæren uden nogen eksplosiv virkning. Sekund, gasboblerne i magmakammeret forsinker vulkanens udbrud og reducerer dermed risikoen for en eksplosion.

"Inden en vulkan bryder ud, varm magma stiger fra store dybder og kommer ind i vulkanens subvulkaniske kammer, som er placeret 6 til 8 kilometer under overfladen, og øger trykket der, "Popa forklarer." Så snart trykket i magmakammeret er højt nok til at revne de overliggende klipper, opstår et udbrud. "

Hvis den smeltede sten i magmakammeret indeholder gasbobler, disse fungerer som en buffer:de komprimeres af materialet, der stiger nedefra, bremser trykopbygningen i magmakammeret. Denne forsinkelse giver magma mere tid til at absorbere varme nedenfra, sådan at lavaen er varmere og dermed mindre tyktflydende, når den endelig bryder ud. Dette gør det lettere for gassen i kanalen at slippe ud af magma uden eksplosive bivirkninger.

COVID-19 som et held

Disse nye fund gør det teoretisk muligt at nå frem til bedre prognoser for, hvornår man kan forvente en farlig eksplosion. Spørgsmålet er, hvordan kan forskere på forhånd bestemme mængden af ​​gasboble i magmakammeret og i hvilket omfang magmaen allerede har krystalliseret? "Vi diskuterer i øjeblikket med geofysikere, hvilke metoder der bedst kan bruges til at registrere disse afgørende parametre, "Bachmann siger." Jeg tror, ​​at løsningen er at kombinere forskellige målinger - seismisk, gravimetrisk, geoelektriske og magnetiske data, for eksempel."

For at konkludere, Bachmann nævner et side aspekt af den nye undersøgelse:"Hvis det ikke var for coronakrisen, vi ville sandsynligvis ikke have skrevet dette papir, "siger han med et grin." Da den første lockdown betød, at vi pludselig ikke kunne gå i marken eller laboratoriet, vi måtte genoverveje vores forskningsaktiviteter med kort varsel. Så vi tog den tid, vi nu havde på hænderne, og brugte det på at gå gennem litteraturen for at verificere en idé, vi allerede havde haft baseret på vores egne måledata. Vi ville sandsynligvis ikke have foretaget denne tidskrævende forskning under normale omstændigheder. "