Flyktiga element i magma, främst vatten, driva explosiva vulkanutbrott. Den knepiga delen är att bestämma hur mycket flyktigt innehåll som fanns före utbrottet. Detta är särskilt svårt när det enda beviset forskare måste fortsätta är slutprodukten efter att alla flyktiga ämnen har gått förlorade.

Ny forskning från Washington University i St. Louis ger övertygande bevis på att magmas kan vara våtare än man en gång trodde. Arbetet, ledd av experimentella geokemister inklusive Michael J. Krawczynski, biträdande professor i jord- och planetvetenskap i konst och vetenskap, publiceras i tidningen 2 juli Amerikansk mineralolog .

Den vanligaste metoden för att bestämma flyktigt innehåll kräver att man studerar smältinneslutningar, små bitar av magma fångade i kristaller utbröt i lava. Forskare studerar dessa glasartade inneslutningar för att bestämma mängden väte som finns - vilket, genom ryggberäkning, kan indikera hur mycket vatten som löstes upp i magma i jordskorpan innan en vulkan utbröt. Denna metod är allmänt accepterad som en exakt nedre gräns för flyktigt innehåll, redogör för något vatten som kan ha gått förlorat under själva explosionen.

Krawczynski och Maxim Gavrilenko, en tidigare postdoktor i Krawczynskis laboratorium som nu är vid University of Nevada, Reno, ville istället titta på den övre gränsen - något som inte hade undersökts experimentellt.

"Vad människor aldrig har tittat på tidigare och vad vi försöker mäta nu är, hur stor är den här hinken? "sa Krawczynski." Du kan tänka dig om det regnade mycket, och din regnmätare var full, då vet du inte riktigt hur mycket det regnade. Det kunde ha regnat mer! Vi kan bara inte säga. "

Detsamma gäller smältinneslutningar. Om en smältinslutning inte kan hålla allt vatten, då har forskare inte rätt avläsning av den övre gränsen för vatteninnehåll i magma. Skopan är för liten.

Skapa magma i labbet

Gavrilenko och Krawczynski skapade syntetiska smältinneslutningar i labbet för att ta reda på hur mycket vatten en smälta eventuellt skulle kunna hålla. Att göra detta, forskarna reproducerade de temperatur- och tryckförhållanden som finns 40 kilometer under jordens yta. Nästa, de smälte och släckte (snabbkyldes) provet, bestämde sedan om deras experiment hade skapat ett glas. De fortsatte processen, tillsätta mer och mer vatten till provet tills provet inte längre kunde släckas för att bilda ett glas.

"Vi fick reda på att om du har mycket vatten, så till slut har du inte ett glas, "Sa Gavrilenko. Dessa devitrified (icke-glasiga) smältinneslutningar finns i naturen, men studeras företrädesvis inte för flyktiga ämnen - vilket har lett till provbias inom detta forskningsområde.

Denna fördom är särskilt problematisk för forskare som försöker förstå hur mycket vatten som återvinns till ytan vid subduktionszoner, som är rikast på vatten jämfört med andra tektoniska inställningar. "Om de djupa magmarna i dessa zoner har mer än 9 viktprocent vatten, då mäts de inte korrekt med den nuvarande guldstandardmetoden, "Gavrilenko sa." Det finns ett behov av att hitta en ny metod för hur man mäter. Vi behöver en ny, större hink. "

Globala konsekvenser av vattencykeln

Dessa resultat överensstämmer med det senaste arbetet av Douglas A. Wiens, Robert S. Brookings Distinguished Professor i jord- och planetvetenskap. I en artikel publicerad i tidningen Natur förra hösten, Wiens drog slutsatsen att så mycket som fyra gånger mer vatten kan subducera i jordens mantel än vad forskare trodde. Gavrilenko och Krawczynskis arbete pekar på hur vattencykeln in och ut ur skorpan kan återbalanseras i spåren av sådana upptäckter.

"Om mer går ner (i manteln), mer måste komma ut i jordskorpan igen, "Sa Krawczynski." Det är det vi tittar på här. Vi har förstått att det är en cykel som måste balanseras, men vi har inte haft bra koll på storleken på de olika reservoarerna. "