En ny studie av geovetare vid University of Liverpool har identifierat temperaturen vid vilken kylande magma spricker för att bilda geometriska kolonner som de som finns vid Giant's Causeway i Nordirland och Devils Postpile i USA.

Geometriska kolonner förekommer i många typer av vulkaniska bergarter och bildas när berget svalnar och drar ihop sig, vilket resulterar i en regelbunden uppsättning polygonala prismor eller kolumner.

Kolumnfogar är bland de mest fantastiska geologiska egenskaperna på jorden och i många områden, inklusive Giant's Causeway, de har inspirerat mytologier och legender.

En av de mest bestående och spännande frågorna som geologer ställs inför är temperaturen vid vilken kylande magma bildar dessa kolumnförband.

Liverpools geoforskare genomförde en forskningsstudie för att ta reda på hur varma stenarna var när de sprack upp för att bilda dessa spektakulära språngstenar.

I en tidning publicerad i Naturkommunikation , forskare och studenter vid universitetets miljöhögskola designade en ny typ av experiment för att visa hur magma svalnar, det drar ihop sig och ackumulerar stress, tills det spricker. Studien utfördes på basaltpelare från vulkanen Eyjafjallajökull, Island.

De designade en ny apparat för att tillåta kylning av lava, gripen i en press, att dra ihop sig och spricka för att bilda en kolumn. Dessa nya experiment visade att stenarna spricker när de svalnar cirka 90 till 140°C under den temperatur vid vilken magma kristalliserar till en sten, vilket är cirka 980?C för basalter.

Detta innebär att pelarfogar exponerade i basaltiska bergarter, som observerats vid Giant's Causeway och Devils Postpile (USA) bland annat, bildades omkring 840-890 ?C.

Yan Lavallée, Liverpool professor i vulkanologi som ledde forskningen, sa:"Temperaturen vid vilken magma svalnar för att bilda dessa kolumnförband är en fråga som har fascinerat geologins värld under mycket lång tid. Vi har velat veta om temperaturen på lavan som orsakar sprickorna var varm, varmt eller kallt.

"Jag har ägnat över ett decennium åt att fundera över hur jag ska ta itu med den här frågan och konstruera rätt experiment för att hitta svaret på denna fråga. Nu, med denna studie, vi har upptäckt att svaret är hett, men sedan det stelnade."

Dr Anthony Lamur, för vilken detta arbete ingick i hans doktorandstudie, tillade:"Dessa experiment var tekniskt mycket utmanande, men de visar tydligt kraften och betydelsen av termisk kontraktion på utvecklingen av kylande stenar och utvecklingen av sprickor".

Dr Jackie Kendrick, en postdoktorand forskare i Liverpool-gruppen sa:"Att veta punkten där kylande magmafrakturer är kritisk, som - förutom att leda till snittet av denna fantastiska geometriska egenskap - initierar den vätskecirkulation i spricknätverket. Vätskeflöde styr värmeöverföringen i vulkaniska system, som kan utnyttjas för geotermisk energiproduktion. Så fynden har enorma tillämpningar för både vulkanologi och geotermisk forskning."

Att förstå hur kylande magma och bergarter drar ihop sig och spricker är centralt för att förstå stabiliteten hos vulkaniska konstruktioner samt hur värme överförs till jorden.

Professor Lavallée tillade:"Fynden kastar ljus över de gåtfulla observationerna av kylvätskeförlust som gjorts av isländska ingenjörer när de borrade i heta vulkaniska bergarter över 800°C; förlusten av kylvätska i denna miljö var inte förutsedd, men vår studie tyder på att en betydande sammandragning av sådana heta bergarter skulle ha öppnat vida sprickor som dränerade bort kylslurryn från borrhålet.

"Nu när vi vet detta, vi kan se över vår borrstrategi och fortsätta vår strävan efter den nya utvecklingen av magmaenergikällor."