Magma med mer än 20 procent kristaller tenderar att bilda anslutna nätverk som kanaliserar gasen. Bilden till höger visar magma som är 33,1 procent kristaller. Kristallerna kanaliserar gasbubblorna, visas i grönt och blått. Bilden till vänster innehåller inte tillräckligt med kristaller för att kanalisera gasen. Kredit:Bild med tillstånd av Amanda Lindoo
University of Alaska Fairbanks forskare har upptäckt att vulkaner har ett unikt sätt att hantera tryck - genom kristaller.
Enligt en ny studie publicerad i Journal of Geology , ett nätverk av mikroskopiska kristaller kan minska det inre trycket från stigande magma och minska explosiviteten i utbrott.
Kristaller kan bildas i den stigande smälta bergarten på så lite som 18 minuter. Om magman blir mer än 20 procent kristaller, de kan fungera som skyddsräcken som leder gas till eventuella sprickor i vulkanen eller till öppningen på jordens yta.
"Problemet är när gasen inte kan komma ut, sa Amanda Lindoo, huvudförfattare och UAF geovetenskap doktorand. "Det orsakar en uppbyggnad av tryck som kan leda till de mycket explosiva utbrotten som skjuter askplymer. Kristallerna kan lindra det."
Medförfattare Jessica Larsen, en vulkanolog vid UAF Geophysical Institute, sade fynden utmana det rådande antagandet att mängden kiseldioxid i magma är den viktigaste drivkraften för gasflykt.
Den vanliga tumregeln, Hon sa, är att magma med mycket kiseldioxid är långsamma, vilket kan göra det svårt för gas att komma ut. Medan forskare vet att dessa magma tenderar att bilda färre kristaller, hon sa att inte mycket forskning har fokuserat på kristallens roll i utbrott.
University of Alaska Fairbanks doktorand Amanda Lindoo drar en stav som innehåller en ögonblicksbild av magma från en ugn i det experimentella petrologilabbet under den vaksamma blicken av forskningsassistenten Jessica Larsen. Apparaten gör det möjligt för forskare att ta bilder av processer i magman vid specifika temperaturer och tryck. Kredit:UAF Todd Paris
Vulkaner på Aleuterna, Cascade Range och Centralamerika väckte Larsens nyfikenhet. Vissa vulkaner i dessa regioner har magma konsekvent hög i kiseldioxid, medan andra har magma med låg kiseldioxidhalt.
"Om du följer tumregeln, då borde vulkanerna med magma med låg kiseldioxid inte producera farliga, explosiva utbrott, " sa hon. "Och ändå gör de det. Vi ville veta vad som svängde pendeln, eftersom det är viktigt att förstå riskerna med utbrott."
För att studera kristallerna, Lindoo arbetade med Larsen i Geofysiska institutets experimentella petrologilabb, som har en ugn som kan överhetta vulkaniska bergarter upp till 2, 400 F och smält tillbaka dem till smält lava. Den har även tryckpumpar, tryckledningar och ventiler.
Lindoo skapade magma från eruptivt material från Aleuterna. Hon applicerade extremt tryck på magman för att simulera tryck i jorden, men sedan reducerat tryck för att efterlikna hur magma med låg kiseldioxid stiger.
Denna svarta långsträckta form är en gasbubbla som färdas genom ett kristallnätverk i magma. De rosa prickarna är utvalda kristaller som påverkar bubbelformen. Kredit:Bild med tillstånd av Amanda Lindoo
När magman "steg, " löst vatten bildas till gasbubblor - ungefär som bubblor bildas när man öppnar en flaska med läsk under tryck. Kristaller växte också i den smälta delen. Lindoo jämförde sedan laboratorieprover med de som tagits från vulkanexplosioner och fann mönster av kristallnätverk som kanaliserar gas dit kristallbildning var hög.
Larsen sa temperatur, mängden vatten i magman och hastigheten på magmans uppgång spelar alla en roll för kristallbildningen.
"Vi har ett tag förstått hur kristaller bildas, sa Larsen. Men vi visste inte hur djupt kristallerna påverkade gasutsläppet.
Larsen sa att hon kommer att fortsätta forskningen, men nästa fas kommer att titta på hur de olika storlekarna och formerna på kristaller påverkar gasutsläppet.
Kasatochi Island på Aleuterna bildades av en vulkan. Forskare vid University of Alaska Fairbanks studerar övergångar i utbrottsstilar i vulkaner som denna. Kredit:Foto med tillstånd av Burke Mees
