Новые исследования расплавленных пород на глубине 20 км под поверхностью Земли могут помочь улучшить прогнозирование вулканической активности, считают ученые в новом исследовании, опубликованном 10 мая в журнале Science Advances.

В настоящее время извержения вулканов прогнозируются на основе активности самого вулкана и нескольких километров земной коры под ним, которая содержит расплавленную породу, потенциально готовую к извержению. Однако новое исследование подчеркивает важность поиска ключей к разгадке гораздо глубже в земной коре, где горные породы сначала расплавляются в магму, а затем поднимаются в камеры ближе к поверхности.

Чтобы понять внутреннюю природу самых взрывоопасных явлений на нашей планете, исследователи из Имперского колледжа Лондона и Бристольского университета провели глубокие исследования, чтобы пролить свет на частоту, состав и масштабы извержений вулканов по всему миру.

Их результаты показывают, что размер и частота извержений тесно связаны со временем, необходимым для образования чрезвычайно горячей расплавленной породы, известной как магма, в этих глубоких резервуарах под земной корой — на глубине до 20 километров — а также с размером этих резервуаров.

В исследовании были проанализированы данные о 60 наиболее мощных извержениях вулканов, охватывающих девять стран: США, Новую Зеландию, Японию, Россию, Аргентину, Чили, Никарагуа, Сальвадор и Индонезию.

«Вопреки прежним представлениям, наше исследование предполагает, что причиной извержений является плавучесть магмы, а не соотношение твердой и расплавленной породы, — сказала доктор Кэтрин Бут, из Имперского колледжа Лондона. — Плавучесть магмы определяется ее температурой и химическим составом по сравнению с окружающей породой — по мере накопления магмы ее состав меняется, делая ее менее плотной, делая ее более „плавучей“ и позволяя ей подниматься».

Она добавила, что как только магма становится достаточно подвижной, чтобы всплывать, она поднимается и создает трещины в вышележащей твердой породе, а затем очень быстро проходит через эти трещины, вызывая извержение.

Помимо определения плавучести магмы как важного фактора, вызывающего извержения, исследователи также изучили, как ведет себя магма, когда она достигает более мелких подземных очагов непосредственно перед извержением. Они обнаружили, что то, как долго магма хранилась в этих более мелких камерах, также может влиять на извержения вулканов — более длительные периоды хранения приводят к более мелким извержениям.

В то время как можно ожидать, что более крупные резервуары будут подпитывать более масштабные и взрывоопасные извержения, результаты также показали, что очень большие резервуары рассеивают тепло, что замедляет процесс превращения твердых пород в магму. Это привело исследователей к выводу, что размер водохранилищ является еще одним ключевым фактором для точного прогнозирования размеров извержений и что существует такая вещь, как оптимальный размер для наиболее взрывоопасных извержений.

Полученные данные также свидетельствуют о том, что извержения редко бывают изолированными и, напротив, являются частью повторяющегося цикла. Кроме того, магма, выбрасываемая вулканами, которые они изучали, была богата кремнеземом — природным соединением, которое, как известно, играет определенную роль в определении вязкости и взрывоопасности магмы, причем магма с высоким содержанием кремнезема имеет тенденцию быть более вязкой и приводить к более взрывным извержениям.

Соавтор профессор Мэтт Джексон отметил, что данное исследование «является решающим шагом на пути к лучшему мониторингу и прогнозированию этих мощных геологических событий».