Niewielkie, ale groźne

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Wulkany, które uchodzą za łagodne, ponieważ ich erupcje przebiegają zazwyczaj bez ekscesów, czasami potrafią wybuchnąć bez ostrzeżenia – tak było z górą Tarawera na Nowej Zelandii, której erupcja w 1886 roku zabiła wiele osób i poczyniła wiele szkód materialnych. Geolodzy od dawna zastanawiają się, dlaczego czasami wulkany przechodzą taką nagłą i groźną przemianę – mówi geofizyk Danilo Di Genova z Universität Bayreuth w Niemczech.

Di Genova i jego koledzy dowodzą w „Science Advances” (2021), że takiej katastrofalnej w skutkach metamorfozie mogą dać początek maleńkie ziarna zwane nanolitami, które powstają w napływającej magmie i są sto razy mniejsze od średniej wielkości bakterii. Zdaniem naukowców kryształki zwiększają lepkość magmy, blokując gazom wulkanicznym swobodną ucieczkę z płynnej skały – rośnie wtedy ciśnienie, dając impuls do gwałtownej erupcji.

Badacze za pomocą mikroskopii elektronowej i spektroskopii znaleźli nanolity w popiele wulkanicznym wielu aktywnych wulkanów, w tym Etny we Włoszech i Tambory w Indonezji.

Następnie zbadali, jak nanolity powstają we względnie mało lepkiej magmie, która po schłodzeniu zmienia się w bazalt. Zazwyczaj gazy łatwo ulatują z magmy tego rodzaju, dzięki czemu swobodnie wypływa ona z krateru. Autorzy badań uzyskali nanolity w laboratorium, topiąc bryłki bazaltu, a następnie gwałtownie go ochładzając. Ten ostatni proces odgrywa kluczową rolę: podczas erupcji magma traci ciepło, unosząc się w kominie wulkanu. Eksperymenty pokazały, że do powstawania nanolitów dochodzi tylko wtedy, gdy utrata ciepła następuje w określonym tempie – wyjaśnia Di Genova.

„Magma to układ wieloskładnikowy złożony głównie z krzemu i tlenu – mówi Di Genova. – Inne składniki to m.in. glin, wapń i żelazo. Ten ostatni pierwiastek, jak się wydaje, odgrywa największą rolę w powstawaniu nanolitów”. Większość z nich to kryształki tlenku żelaza ze śladową domieszką glinu. A ponieważ żelazo znajduje się w magmach wszystkich rodzajów, groźne kryształki mogą się uformować w wielu przypadkach.

Kolejny etap doświadczeń laboratoryjnych polegał na wytworzeniu sztucznej magmy i obserwowaniu, czy nanolity zwiększają jej lepkość. Do tego celu naukowcy wykorzystali olej krzemowy (w temperaturze pokojowej ma podobną lepkość jak magma bazaltowa podczas erupcji), dodając do niego szklane kulki imitujące rozmiarami i kształtem nanolity. Badacze obserwowali, że nawet w niewielkich koncentracjach nanocząstki te chętnie łączą się ze sobą, utrudniając przepływ płynu. W prawdziwym wulkanie taka gęstniejąca szybko magma zatrzymuje pęcherzyki gazu, który zwiększa w niej ciśnienie i powoduje, że magma, zamiast gładko płynąć, zostaje gwałtownie wyrzucona, co się kończy eksplozją.

„To świetne badanie dotyczące gorącej naukowo kwestii, która zajmuje nas od dawna” – mówi Einat Lev, geolog z Columbia University, który nie był członkiem zespołu. „Ważnym i niełatwym zadaniem będzie teraz włączenie tych informacji do przyszłych matematycznych modeli wulkanów” – podkreśla.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.