Некоторые вулканы в буквальном смысле взрываются и теряют часть своей вершины во время извержений из-за формирования микроскопических наночастиц оксида железа в их магме, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.
"Результаты последних наблюдений за вулканами, а также эксперименты в лабораториях и компьютерные расчеты показывают, что взрывообразные извержения вулканов предваряют резкие изменения в характере движения магмы по его недрам. Эти сдвиги происходят в результате небольших изменений в химическом составе риолитовой магмы, которые возникают из-за ее кристаллизации, перемешивания или обновления", — рассказывает Данило ди Дженова (Danilo Di Genova) из Бристольского университета (Великобритания).
Под каждым вулканом существует магматическая камера – резервуар из пористых пород, которые могут впитывать в себя большие количества жидкой магмы. Перед извержением эта камера переполняется, что приводит к ее "раздуванию" и подъему высоты местности в окрестностях вулкана. По тому, как сильно "раздулась" камера, ученые могут оценить объем содержащейся в ней магмы и дать оценки по силе извержения и вероятности его возникновения.
Процесс наполнения этой камеры, как объясняют ученые, обычно протекает "рывками", а не с постоянной скоростью. В результате этого давление внутри магматической камеры резко меняется, и эти изменения порождают относительно слабые и долгопериодические сейсмические волны, движущиеся в сторону поверхности. Человек эти толчки не ощущает, но приборы сейсмологов фиксируют их у каждого активного вулкана.
Одной из главных загадок извержений вулканов, как отмечает ди Дженова, является то, почему некоторые из них ведут себя относительно спокойно во время извержений, а другие взрываются, выбрасывая огромные количества горячей магмы, гигантских булыжников и пепла на высоту в несколько сот метров.
Как правило, подобные извержения происходят в тех местах, где залегают риолиты и андезиты, магматические горные породы, превращающиеся в достаточно вязкую и густую магму при расплавлении, способную запасать в себе большие количества углекислоты, серных газов и прочих летучих веществ.
В некоторых случаях в вулканах, расположенных на поверхности залежей таких пород, возникает своеобразная каменная "пробка", которая мешает этим газам покидать жерло вулкана, в результате чего внутри него постепенно растет давление и через некоторое время он взрывается, выбрасывая содержимое магматической камеры в воздух. В других случаях этого не происходит, несмотря на все свидетельства в пользу обратного.
Ди Дженова и его коллеги выяснили, с чем это связано, проанализировав и сравнив химический состав образцов магмы, собранных в окрестностях нескольких "нормальных" и "взрывающихся" вулканов.
Оказалось, что сильнее всего на "взрывоопасность" вулкана влиял химический состав его магмы, как много щелочных металлов, а также железа и алюминия в ней содержалось. При определенной комбинации и тех, и других элементов, к примеру, при высокой концентрации калия и относительно низких долях железа, внутри магмы происходит необычный процесс, который резко меняет ее свойства и делает ее более густой и более склонной к накоплению пузырьков газа.
Эти изменения, как объясняют геологи, развиваются по той причине, что в расплаве начинают формироваться нанокристаллы оксида железа, вокруг которых начинают скапливаться пузырьки из газа. Это резко повышает плотность магмы, перестраивает ее и ведет к формированию "пробок", способствующих дальнейшему росту температур и давления в магматической камере.
Ди Дженова отмечает, что подобные закономерности можно использовать для предсказания того, насколько сильным будет извержение того или иного вулкана и какую территорию оно может охватить. Это позволит избежать гибели людей и уменьшить масштаб экономических потерь.
К примеру, анализ образцов застывшей магмы Йеллоустонского супервулкана показывает, что он извергался и по тому, и по другому сценарию в последний миллион лет, и изучение свежих образцов пород из его магматической камеры поможет уточнить последствия от его гипотетического пробуждения в относительно недалеком геологическом будущем.
