Analizy mikroskopowe mogą pozwolić na dokładniejsze przewidywanie przebiegu erupcji wulkanów – informuje pismo „Science Advances”.
Wybuchy wulkanów należą do najgroźniejszych katastrof naturalnych. Próbując przewidywać, kiedy może on nastąpić, naukowcy w ostatnich latach wykorzystywali zdjęcia satelitarne, dane dotyczące trzęsień ziemi oraz GPS, pozwalający wykrywać deformacje gruntu w pobliżu aktywnych wulkanów. Techniki te nie pozwalają jednak dostatecznie dokładnie lokalizować głębokości, na której gromadzi się magma.
Jak wykazali naukowcy z Cornell University, analizując mikroskopijne ilości bogatych w dwutlenek węgla płynów, zamkniętych w schłodzonych kryształach wulkanicznych, można określić z dokładnością do stu metrów, jak głęboko zalega magma. Wiedza ta powinna pozwolić na precyzyjniejsze przewidywanie erupcji.
„Podstawowym pytaniem jest: gdzie magma jest magazynowana w skorupie ziemskiej i płaszczu” – powiedział główny autor publikacji (DOI: 10.1126/sciadv.ade7641) Esteban Gazel, profesor inżynierii w Cornell Engineering. – „Ta lokalizacja ma znaczenie, ponieważ można ocenić ryzyko erupcji, wskazując konkretne położenie magmy, zamiast innych sygnałów, takich jak dostarczene przez system hydrotermalny wulkanu”.
Wspieraj Fundację Magna Polonia! 
Jak podkreślił Gazel, niezbędne są szybkość i precyzja. „Pokazujemy ogromny potencjał tej ulepszonej techniki pod względem jej szybkości i niespotykanej dokładności” – powiedział. – „Możemy wygenerować dane w ciągu kilku dni od przybycia próbek z miejsca ich pobrania, co zapewnia lepsze wyniki w czasie zbliżonym do rzeczywistego”.
Podczas wydarzeń wulkanicznych magma dociera do powierzchni Ziemi jako lawa, co w zależności od ilości zawartego w niej gazu może mieć charakter wybuchowy. Wyrzucony z krateru i opadły drobnoziarnisty materiał – zwany tefrą – można zebrać i szybko ocenić.
Gazel i jego doktorantka Kyle Dayton, pierwsza autorka artykułu, oparli się na danych zebranych podczas erupcji wulkanu Cumbre Vieja na wyspie La Palma w roku 2021. Wykorzystali wtrącenia płynów bogatych w dwutlenek węgla uwięzionych w kryształach oliwinu, aby precyzyjnie wskazać głębokość. Ilość dwutlenku węgla w tych wtrąceniach zależy od ciśnienia w otoczeniu powstającego kryształu.
Parametry płynów można szybko zmierzyć za pomocą skalibrowanego instrumentu do spektroskopii ramanowskiej, aby określić – w przeliczeniu na kilometry – jak głęboko zalegała magma i jak głęboki jest jej zbiornik.
Szczególnie precyzyjne metody spektroskopii ramanowskiej zostały opracowane w laboratorium Gazela. „Poprawiliśmy precyzję o rząd wielkości, z kilometrów – na metry” – powiedział profesor – „Ale także rozdzielczość przestrzenną pomiarów inkluzji: od dziesiątek mikronów do jednego mikrona w porównaniu z wcześniej dostępnymi technikami mikrotermometrii”.
Po pięciu dekadach uśpienia otworzyły się nowe ujścia lawy w wulkanie Cumbre Vieja na La Palmie na Wyspach Kanaryjskich i 19 września 2021 zaczęły się erupcję. Kilka tygodni później Gazel i Dayton dołączyli do małego, elitarnego zespołu międzynarodowych naukowców w celu zbadania wulkanu.
Badania na Wyspach Kanaryjskich doprowadziły Gazela i Dayton do przeszukania tefry w celu znalezienia kryształów, które z kolei dostarczają danych do ulepszenia modeli i prognoz erupcji.
„Gdy te wulkaniczne kryształy rosną, od czasu do czasu przypadkowo zatrzymują małe bąbelki płynnego dwutlenku węgla” – powiedziała Dayton. – „Te kryształy wydostają się na powierzchnię Ziemi podczas erupcji wulkanu, a my przeszukujemy tefrę i szukamy kryształów zawierających płynne inkluzje. Dzięki nim możemy odkryć niektóre wulkaniczne sekrety głębin Ziemi, aby lepiej zrozumieć i przygotować się na przyszłe erupcje”.
Autor: Paweł Wernicki
Nauka w Polsce – PAP
Wspieraj niezależne wydawnictwo:
Wspieraj Fundację Magna Polonia!
Podoba Ci się to co robimy? Wesprzyj projekt Magna Polonia!
