Geonaučnici su dugo mislili da voda – zajedno sa plitkom magmom uskladištenom u Zemljinoj kori – podstiče erupciju vulkana. Sada, zahvaljujući novorazvijenim istraživačkim alatima u Cornell-u, naučnici su naučili da gasoviti ugljen-dioksid može izazvati eksplozivne erupcije.
Novi model sugeriše da se bazaltni vulkani, koji se obično nalaze u unutrašnjosti tektonskih ploča, napajaju dubokom magmom unutar plašta, uskladištenom oko 20 do 30 kilometara ispod površine Zemlje.
Istraživanje, koje nudi jasniju sliku duboke unutrašnje dinamike i sastava naše planete, sa implikacijama za poboljšanje planiranja vulkanskih opasnosti, objavljeno je 7. avgusta 2023. u Zborniku radova Nacionalne akademije nauka.
„Mislili smo da se sve akcije dešavaju u kori“, rekao je stariji autor Esteban Gazel, profesor inženjeringa Charles N. Melloves na Odeljenju za nauke o Zemlji i atmosferi u Cornell Engineering. „Naši podaci impliciraju da magma dolazi direktno iz omotača – prolazeći brzo kroz koru – vođena rastvaranjem (faza procesa odvajanja gasa od tečnosti) ugljen-dioksida.
„Ovo potpuno menja paradigmu kako se ove erupcije dešavaju“, rekao je Gazel. „Svim vulkanskim modelima je dominirala voda kao glavni pokretač erupcije, ali voda nema mnogo veze sa ovim vulkanima. Ugljen-dioksid je taj koji donosi ovu magmu iz duboke Zemlje.“
Pre otprilike četiri godine, Gazel i Šarlot DeVitre, dr. ’22, sada postdoktorski istraživač na Univerzitetu Kalifornije, Berkli, razvio je denzimetar ugljen-dioksida visoke preciznosti (koji meri gustinu u maloj posudi) za Ramanovu spektroskopiju (uređaj koji ispituje rasute fotone kroz mikroskop).
Prirodni uzorci — mehurići mikroskopske veličine bogati ugljen-dioksidom zarobljeni u kristalima koji potiču iz vulkanske erupcije — se zatim mere pomoću Ramana i kvantifikuju primenom novorazvijenog denzimetra. U suštini, naučnici ispituju mikroskopsku vremensku kapsulu kako bi pružili istoriju magme. Ova nova tehnika je kritična za precizne procene skladištenja magme u skoro realnom vremenu, koje je Gazelova grupa testirala tokom erupcije u Las Palmasu 2021. na Kanarskim ostrvima.
Dalje, naučnici su razvili metode za procenu efekta laserskog zagrevanja na inkluzije bogate ugljen-dioksidom (koje se nalaze u kristalima) i za preciznu procenu uključivanja rastopa i zapremine mehurića. Takođe su razvili eksperimentalni metod ponovnog zagrevanja kako bi povećali tačnost i pravilno uračunali ugljen-dioksid zarobljen kao kristali karbonata unutar mehurića.
„Način razvoja i dizajn instrumenata bili su izazovni, posebno tokom vrhunca pandemije“, rekao je Gazel.
Koristeći ove nove alate, naučnici su pažljivo ispitali vulkanske naslage iz vulkana Fogo u Kabo Verdeu, zapadno od Senegala u Atlantskom okeanu. Otkrili su visoku koncentraciju isparljivih materija u mikro-velikim inkluzijama rastopljenih u kristalima magnezijum-gvožđe silikata. Veća količina ugljen-dioksida zatvorena u kristalima sugeriše da je magma uskladištena desetinama kilometara ispod površine — unutar Zemljinog omotača.
Grupa je takođe otkrila da je ovaj proces povezan sa izvorom dubokog omotača koji snabdeva ove vulkane.
Ovo implicira da erupcije poput Fogovih vulkanskih buktinja počinju i napajaju se iz omotača, efektivno zaobilazeći skladištenje u Zemljinoj kori i pokretane dubokim ugljen-dioksidom, navodi list.
„Ove magme imaju izuzetno niske viskoznosti i dolaze direktno iz plašta“, rekao je DeVitre. „Dakle, ovde viskoznost i voda ne mogu da igraju uobičajene uloge kao u plitkijim i/ili više silicijumskim (bogatim silicijum-dioksidom) vulkanskim sistemima. Umesto toga, na vulkanu Fogo magma mora da se brzo podiže ugljen-dioksidom i to verovatno igra značajnu ulogu u njegovom eksplozivnom ponašanju. Ovo je veliki korak u našem razumevanju kontrole bazaltne eksplozivnosti.“
Razumevanje skladištenja magme najbolje pomaže da se društvo pripremi za buduće erupcije, rekao je Gazel, koji je takođe profesor na Centru za održivost Cornell Atkinson.
„Pošto duboko skladište magme neće biti otkriveno deformacijom tla sve dok se topljenje ne približi površini“, rekao je, „ovo ima važne reperkusije na naše razumevanje vulkanskih opasnosti. Moramo da razumemo pokretače ovih erupcija. Jedini način da da vidite ove procese sada posmatrajući zemljotrese, ali zemljotresi vam ne govore tačno šta se dešava.“
Gazel je rekao: „Preciznim merenjima koja nam govore gde počinju erupcije, gde se magme tope i gde se skladište – i šta izaziva erupciju – možemo razviti mnogo bolji plan za buduće erupcije.
