Исследователи из Корнелла раскопали точные микроскопические данные о том, где хранится магма, предлагая ученым и правительственным чиновникам в населенных пунктах способ лучше оценить риск извержений вулканов.

Новое исследование было опубликовано 8 февраля в журнале Science Advances.

В последние годы ученые использовали спутниковые снимки , данные о землетрясениях и GPS для поиска деформации грунта вблизи действующих вулканов , но эти методы могут быть неточными при определении глубины залегания магмы. Обнаружив микроскопические жидкости, богатые углекислым газом, заключенные в остывшие вулканические кристаллы, ученые могут с точностью до ста метров определить, где находится магма.

«Фундаментальный вопрос заключается в том, где магма хранится в земной коре и мантии », — сказал ведущий автор Эстебан Газель, профессор инженерии Чарльза Н. Меллоуза в Корнеллском инженерном деле. «Это место имеет значение, потому что вы можете оценить риск извержения, указав конкретное местонахождение магмы, а не другие сигналы, такие как гидротермальная система вулкана».

Газель сказал, что скорость и точность необходимы. «Мы демонстрируем огромный потенциал этой усовершенствованной техники с точки зрения ее скорости и беспрецедентной точности», — сказал он. «Мы можем производить данные в течение нескольких дней после поступления образцов с объекта, что обеспечивает более качественные результаты, практически в реальном времени».

Во время вулканических извержений магма достигает поверхности Земли и извергается в виде лавы, и, в зависимости от того, сколько газа она содержит, она может быть взрывоопасной по своей природе. При отложении в результате извержения фрагментированный мелкозернистый материал, называемый тефрой, можно собрать и быстро оценить.

Газель и аспирант Кайл Дейтон, первый автор статьи «Глубокое хранение магмы во время извержения Ла-Пальма в 2021 году», пришли к выводу, как использовать включения богатых углекислым газом жидкостей, попавших в кристаллы оливина, для точного указания глубины, поскольку углекислый газ плотность этих включений контролируется давлением.

Эти флюиды могут быть быстро измерены с помощью откалиброванного прибора рамановской спектроскопии, чтобы определить — в километрах — насколько далеко залегала магма и какова глубина раскаленного резервуара.

В лаборатории «Газель» были разработаны более точные методы рамановской спектроскопии. «Мы улучшили точность доступных геобарометров на порядок, с километров до метров, — сказал он, — а также пространственное разрешение измерений включений с десятков микрон до одного микрона по сравнению с ранее доступными методами микротермометрии».

После пяти десятилетий покоя новые жерла вулкана Кумбре-Вьеха на острове Ла-Пальма на Канарских островах открылись и начали извергаться 19 сентября 2021 года. Спустя несколько недель Газель и Дейтон присоединились к небольшой элитной группе международных исследователей для изучения вулкана.

Это исследование на Канарских островах привело к тому, что Газель и Дейтон начали исследовать тефру в поисках кристаллов, которые, в свою очередь, предоставляют данные для улучшения моделей и прогнозов извержений.

«Мы выясняем, насколько глубоко магма хранится перед извержением, благодаря тому, что поднимает вулкан», — сказал Дейтон.

«Когда эти вулканические кристаллы растут, они иногда случайно захватывают маленькие пузырьки углекислого газа», — сказала она. «Эти кристаллы эксгумируются во время извержения вулкана, и мы ищем тефру и ищем кристаллы, содержащие жидкие включения. Благодаря этим крошечным случайностям мы можем раскрыть некоторые вулканические тайны Земли из глубин, чтобы лучше понять и подготовиться к будущим извержениям».