Поведінку вулканів пов'язали зі станом магми в резервуарі

Характер виверження вулкана визначають кристалічність, вміст розчинених летючих речовин і води в розплаві в магматичному резервуарі. Такого висновку дійшли вулканологи, проаналізувавши 245 вивержень 75 вулканів у зонах субдукції. Експлозивні виверження типові для магм з вмістом розчиненої води в діапазоні від 4 до 5,5 відсотка і кристалічністю менше 30 відсотків. Всі інші умови, а саме більш висока кристалічність, вміст розчиненої води менше 3,5 і більше 5,5 відсотків, сприяють ефузивній активності. Дослідження опубліковано в.

З ростом чисельності населення вулкани загрожують все більшій кількості життів. Сьогодні щонайменше 29 мільйонів людей живуть за 10 кілометрів від діючих вулканів, близько 800 мільйонів - у межах 100 кілометрів. Потенційну небезпеку диктує тип виверження. Експлозивні виверження вкривають попелом величезні території, знищуючи посіви і призводячи до людських жертв. Вони також впливають на глобальні температури і біогеохімічні цикли. Потоки лави під час ефузивних вивержень, як правило, менш небезпечні, і їх вплив зосереджений в регіоні поруч з вулканом. Однак більшість вулканів можуть виявляти як ефузивну, так і експлозивну поведінку, іноді одночасно.

Характер виверження значною мірою визначають процеси в магмаподводящем каналі. При великих тисках вулканічні гази повністю розчинені в магмі. Під час підйому магми до поверхні тиск падає, летюча компонента втрачає свою розчинність і починає виділятися у вигляді бульбашок. Подальша динаміка виверження залежить від того, чи залишається газ в магмі або залишає розплав. У першому випадку зростаючі бульбашки газу фрагментують колону магми, вивільняючи енергію для експлозивної активності. У другому випадку дегазація нейтралізує вибуховий потенціал магми, що призводить до ефузивних вивержень зі спокійним виливанням лави. Виявлення факторів, які контролюють перехід між двома типами вивержень, залишається предметом численних досліджень.

Вчені з США і Швейцарії, яких очолив Разван-Габріель Попа (R^ zvan-Gabriel Popa) зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха, спробували відповісти на питання: чи можна передбачити характер виверження, вивчивши передеруптивний стан розплаву в магматичному резервуарі. Для цього були проаналізовані опубліковані дані по 245 вивержень (133 ефузивних і 112 експлозивних) 75 вулканів. Група вулканологів відібрала вулкани з неглибокими магматичними камерами (тиск близько двох кілобар) в зонах субдукції і залишила виверження з середніми (вміст кремнезему 52-63 відсотки) і кислими (63-78 відсотків) магмами.

Дослідники реконструювали передеруптивні умови (температуру, вміст розчиненої води і кристалічність) розплаву в магматичних резервуарах. Температура магми визначається як температура розплаву перед початком виверження. Цей параметр був розрахований за допомогою мінеральних геотермометрів. Вміст розчиненої води в магмах було обчислено із застосуванням геогігрометра. Також було враховано вміст H₂O в розплавних включеннях в пірокластичних породах. Кристалічність розплаву була визначена як вміст кристалів, фенокристів, в магмі в момент початку виверження.

Дані 245 вивержень показують, що частота експлозивних подій різко знижується при кристалічності більше 40 відсотків, в той час як ефузивні виверження відбуваються у всьому діапазоні (0-55 відсотків). Магми, які призводять до експлозивних подій, зберігаються в обмеженому інтервалі температур, між 770 і 900 градусів Цельсія. Для ефузивних вивержень характерний більш широкий інтервал температур (700-1000 градусів Цельсія), з максимальною частотою подій при температурі менше 800 і більше 850 градусів Цельсія.

Експлозивні виверження пов'язані з обмеженим діапазоном умов: низька кристалічність розплаву (менше 30 відсотків) і вміст розчиненої води 4-5,5 відсотка. Вміст H₂O менше 3,5 відсотка недостатньо для того, щоб викликати експлозивні виверження в досліджуваних середніх і кислих магмах, якщо тільки не задіяні зовнішні фактори (наприклад, обвалення вулканічної споруди). Дослідники пояснюють це тим, що розплави з низьким вмістом розчиненої води насичуються на невеликих глибинах в магмаподводящем каналі. Бульбашки газу піддаються меншій декомпресії, і це обмежує їх можливість «дробити» магму. Таким чином магматичні системи з низьким вмістом води володіють низьким потенціалом вибухових вивержень.

Магми з кристалічністю понад 40 відсотків вивергаються в основному ефузивно, незалежно від вмісту води. Така поведінка магм високої кристалічності, ймовірно, викликана ефективною дегазацією під час підйому розплаву до поверхні. Виділенню газу сприяє висока об'ємна в'язкість магми. Вона обмежує швидкість підйому і дає додатковий час бульбашкам газу для виходу з розплаву.

Автори дійшли висновку, що в більшості випадків, особливо за відсутності зовнішніх факторів, характер виверження зумовлений станом магми в неглибокому резервуарі. Дослідники вважають, що необхідно враховувати кристалічність магми, вміст розчиненої води і водонасиченість розплаву перед виверженням. Більш точні оцінки цих параметрів на діючих вулканах у поєднанні з геофізичними інструментами допоможуть поліпшити прогноз вивержень.

Раніше ми писали про ефузивне виверження в Ісландії і наслідки експлозивного виверження супервулкана Тоба 74 тисячі років тому.