Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι διατμητικές δυνάμεις στο εσωτερικό του ανερχόμενου μάγματος μπορούν να δημιουργήσουν φυσαλίδες αερίου πολύ πριν συμβούν πτώσεις πίεσης.
H ηφαιστειακή έκρηξη
Η ένταση μιας ηφαιστειακής έκρηξης διαμορφώνεται από το πόσες φυσαλίδες αερίου αναπτύσσονται στο μάγμα και σε ποιο σημείο εμφανίζονται. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι περισσότερες φυσαλίδες σχηματίζονταν κυρίως όταν το ανερχόμενο μάγμα υπέστη πτώση στην περιβάλλουσα πίεση.
Σε βαθύτερα επίπεδα, η υψηλότερη πίεση διατηρεί τα αέρια διαλυμένα, αλλά μόλις μειωθεί η πίεση, αυτά τα αέρια διαχωρίζονται και δημιουργούν φυσαλίδες. Καθώς ο αριθμός των φυσαλίδων αυξάνεται, το μάγμα γίνεται λιγότερο πυκνό και κινείται προς τα πάνω πιο γρήγορα, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει θραύση και εκρηκτική έκρηξη.
Μια απλή σύγκριση μπορεί να γίνει με ένα μπουκάλι σαμπάνιας. Ενώ το μπουκάλι είναι σφραγισμένο και υπό πίεση, το διοξείδιο του άνθρακα παραμένει διαλυμένο στο υγρό. Το άνοιγμα του μπουκαλιού μειώνει την πίεση, επιτρέποντας στο αέριο να σχηματίσει φυσαλίδες. Αυτές οι φυσαλίδες ανυψώνουν το υγρό προς το λαιμό του μπουκαλιού και μπορούν να προκαλέσουν τον δυνατό ψεκασμό του.
Διάτμηση ως νέος παράγοντας
Σε μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science, η ομάδα αναφέρει ότι φυσαλίδες μπορούν επίσης να εμφανιστούν στο ανερχόμενο μάγμα όταν αυτό υπόκειται σε διατμητικές δυνάμεις, όχι μόνο όταν μειώνεται η πίεση. Όταν αυτές οι φυσαλίδες αναπτύσσονται σε βαθύτερα μέρη του ηφαιστειακού αγωγού, μπορούν να συγχωνευθούν και να δημιουργήσουν μονοπάτια που επιτρέπουν στο αέριο να διαφύγει. Εάν το αέριο απελευθερωθεί νωρίς μέσω αυτών των καναλιών, το μάγμα μπορεί να φτάσει στην επιφάνεια με μια πολύ πιο ήρεμη ροή.
Μπορούμε να φανταστούμε τις διατμητικές δυνάμεις στο μάγμα σαν να ανακατεύουμε ένα βάζο με μέλι: το μέλι κινείται πιο γρήγορα εκεί που ανακατεύεται με το κουτάλι. Στην άκρη του βάζου, όπου η τριβή είναι υψηλότερη, κινείται πιο αργά. Μια παρόμοια διαδικασία λαμβάνει χώρα στους ηφαιστειακούς αγωγούς: το μάγμα κινείται πιο αργά στην άκρη του αγωγού, όπου η τριβή είναι μεγαλύτερη, από ό,τι στο εσωτερικό. Αυτό ουσιαστικά «ζυμώνει» το λιωμένο πέτρωμα, παράγοντας φυσαλίδες αερίου.
«Τα πειράματά μας έδειξαν ότι η κίνηση του μάγματος λόγω των διατμητικών δυνάμεων είναι επαρκής για να σχηματίσει φυσαλίδες αερίου - ακόμη και χωρίς πτώση της πίεσης», εξηγεί ο Olivier Bachmann, Καθηγητής Ηφαιστειολογίας και Μαγματικής Πετρολογίας στο ETH Zurich και ένας από τους συν-συγγραφείς. Τα πειράματα των ερευνητών δείχνουν ότι οι φυσαλίδες σχηματίζονται κυρίως κοντά στις άκρες του αγωγού, όπου οι διατμητικές δυνάμεις είναι ισχυρότερες. Οι υπάρχουσες φυσαλίδες ενισχύουν περαιτέρω αυτό το φαινόμενο. «Όσο περισσότερο αέριο περιέχει το μάγμα, τόσο λιγότερη διάτμηση απαιτείται για τον σχηματισμό και την ανάπτυξη φυσαλίδων», λέει ο Bachmann.
Γιατί τα εκρηκτικά ηφαίστεια μερικές φορές δεν εκρήγνυνται
Σύμφωνα με τα νέα ευρήματα, το μάγμα με χαμηλή περιεκτικότητα σε αέριο που φαίνεται να μην είναι εκρηκτικό θα μπορούσε παρ' όλα αυτά να οδηγήσει σε μια ισχυρή έκρηξη εάν σχηματιστεί μεγάλος αριθμός φυσαλίδων λόγω έντονης διάτμησης και το μάγμα επομένως εκτοξευθεί γρήγορα προς τα πάνω.
Οι δυνάμεις διάτμησης μπορούν επίσης να προκαλέσουν την ανάπτυξη φυσαλίδων και τη συνένωση σε πρώιμο στάδιο σε πλούσιο σε αέριο και δυνητικά εκρηκτικό μάγμα, οδηγώντας στο σχηματισμό καναλιών απαέρωσης στο μάγμα που μειώνουν την πίεση του αερίου. «Μπορούμε επομένως να εξηγήσουμε γιατί ορισμένα ιξώδη μάγματα ρέουν απαλά αντί να εκρήγνυνται, παρά την υψηλή περιεκτικότητά τους σε αέριο - ένα αίνιγμα που μας προβληματίζει εδώ και πολύ καιρό», λέει ο Bachmann.
Ένα παράδειγμα είναι η έκρηξη του όρους St. Helens το 1980. Αν και το μάγμα ήταν πλούσιο σε αέριο και επομένως δυνητικά εκρηκτικό, η έκρηξη ξεκίνησε με την τοποθέτηση μιας πολύ αργής ροής λάβας μέσα στον ηφαιστειακό κώνο. Οι ισχυρές δυνάμεις διάτμησης που επενεργούσαν στο μάγμα παρήγαγαν επιπλέον φυσαλίδες αερίου που αρχικά επέτρεψαν την απελευθέρωση αερίου. Μόνο όταν μια κατολίσθηση άνοιξε περαιτέρω την ηφαιστειακή οπή και υπήρξε μια ταχεία πτώση της πίεσης, εξερράγη το ηφαίστειο. Τα αποτελέσματα της μελέτης υποδηλώνουν ότι πολλά ηφαίστεια με ιξώδες μάγμα επιτρέπουν στα αέρια να διαφεύγουν πιο αποτελεσματικά από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Ειδικό εργαστηριακό πείραμα
Προκειμένου να απεικονίσουν τις διεργασίες μέσα σε ένα ηφαίστειο, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα ειδικό πείραμα: πήραν ένα ιξώδες υγρό που έμοιαζε με λιωμένο βράχο και το κορέσανε με αέριο διοξείδιο του άνθρακα.
Στη συνέχεια, παρατήρησαν τι συνέβαινε εάν το υγρό που έμοιαζε με λάβα τεθεί σε κίνηση από διατμητικές δυνάμεις. Μόλις οι διατμητικές δυνάμεις ξεπέρασαν ένα ορισμένο όριο, σχηματίστηκαν ξαφνικά φυσαλίδες αερίου στο υγρό. Όσο υψηλότερος ήταν ο αρχικός υπερκορεσμός αερίου, τόσο λιγότερη διάτμηση χρειαζόταν για να σχηματιστούν περαιτέρω φυσαλίδες αερίου. Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η παρουσία υπαρχουσών φυσαλίδων ευνοούσε τον σχηματισμό περαιτέρω φυσαλίδων στο άμεσο περιβάλλον τους.
Οι ερευνητές συνδύασαν αυτές τις παρατηρήσεις με προσομοιώσεις σε υπολογιστή ηφαιστειακών εκρήξεων. Με αυτόν τον τρόπο, έδειξαν ότι το φαινόμενο είναι ιδιαίτερα πιθανό να συμβεί σε περιοχές όπου το ιξώδες μάγμα ρέει κατά μήκος των τοιχωμάτων ενός αγωγού και ως εκ τούτου υφίσταται ισχυρές διατμητικές δυνάμεις.
Με την εργασία τους, οι ερευνητές παρέχουν ένα ζωτικό νέο κομμάτι του παζλ όσον αφορά την καλύτερη κατανόηση των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα μέσα στα ενεργά ηφαίστεια και, πιο συγκεκριμένα, την αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο θα εκραγούν τα ηφαίστεια. «Προκειμένου να προβλέψουμε καλύτερα την πιθανότητα κινδύνου των ηφαιστείων, πρέπει να ενημερώσουμε τα μοντέλα ηφαιστείων μας και να λάβουμε υπόψη τις διατμητικές δυνάμεις στους αγωγούς», λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Bachmann.
www.worldenergynews.gr
