Структура вулканічних кристалів допоможе прогнозувати виверження

Вулканологи встановили, що за структурою і хімічним складом магматичних кристалів, які формуються в вулкані протягом декількох тижнів перед виверженням, можна описати процеси перемішування магми в вулкані і визначити час майбутнього або минулого виверження. Такі кристали в майбутньому можна буде використовувати для завчасного прогнозу вивержень, пишуть вчені в.

Виверженню вулкана передує надходження в магматичну камеру, що знаходиться на глибині кілька кілометрів під поверхнею, великої кількості додаткової магми. Це призводить до активного перемішування магми, зміни її хімічного складу, а також її впровадження в навколишню вулкан гірську породу і зміни висоти жерла вулкана. Всі ці процеси відбуваються протягом декількох тижнів перед виверженням, тому вчені пропонують використовувати їх для завчасного передбачення вивержень. При цьому механізми зміни форми жерла і перемішування магматичних потоків непогано вивчені, але стежити за цими змінами досить складно. Тому більш показовим параметром (як для опису минулих вивержень, так і для передбачення нових) може бути хімічний склад і структура мінералів, що містяться в магмі і навколишніх вулкан гірських породах.

Щоб визначити можливі хімічні маркери майбутнього виверження, вулканологи Тереза Убіде (Teresa Ubide) і Бальц Камбер (Balz Kamber) з Трініті-коледжу в Дубліні провели аналіз хімічного складу клинопіроксенів, що утворилися при виверженнях Етни з 1974 по 2014 рік. Клинопіроксени - мінерали з моноклінною симетрією з класу піроксенів, які зустрічаються у великій кількості як в щитових вулканах, так і в вулканах проміжного типу. За допомогою методу мас-спектрометрії з індуктивно-пов'язаною плазмою вчені побудували карти елементного складу 287 різних зразків мінералу, що утворилися в Етні протягом останніх сорока років.

Виявилося, що для кристалів клинопіроксенів періоду вивержень характерна виражена зональна структура, в якій чергуються області, багаті і бідні кульгавом. При цьому, крім підвищеного вмісту хрому, для областей першого типу також характерні збільшені концентрації нікелю і скандія, але при цьому знижені концентрації лантану, неодима, цирконію і ніобію.

За словами вулканологів, за наявністю такої зональної структури в кристалах можна визначити періоди зміни хімічного складу магми, що відповідають процесам, що відбуваються перед виверженням. Автори роботи запропонували механізм утворення кристалів з такою структурою, який запускається за кілька десятків днів перед початком виверження, коли магма на глибині до 30 кілометрів починає повільно рухатися у напрямку до поверхні. Процеси, що відбуваються після цього при перемішуванні розплавлених мінералів різного складу, запуску процесів кристалізації та впровадження магми в гірські породи, призводять до утворення в кристалах слоїстої структури, в якій склад ядра і поверхневих зон сильно відрізняється за вмістом хрому.

Автори стверджують, що за структурою кристалів клинопіроксена і розподілом в них хрому можна як визначати час і механізм вже минулих вивержень, так і прогнозувати майбутні виверження для завчасної евакуації жителів міст, що знаходяться в небезпечній зоні. Для підтвердження отриманих результатів найближчим часом подібні дослідження вчені планують провести для активних вулканів в Південно-Східній Азії і Океанії.

Етна - найвищий і найактивніший вулкан у Європі. Протягом свого існування вулкан вивергався близько 200 разів. Досить регулярно виверження почали відбуватися в другій половині XX століття, і останнє з них відбулося в березні минулого року.