En ny studie avslöjar varför magmakamrarna som matar återkommande och ofta explosiva vulkanutbrott tenderar att ligga i ett mycket smalt djupområde inom jordskorpan. Resultaten, publiceras i Naturgeovetenskap , kan hjälpa forskare att bättre förstå vulkaniska processer världen över.

Forskningen använder sig av datormodeller som fångar fysiken i hur magmakammare, reservoarer i skorpan som innehåller delvis smält sten, utvecklas över tiden. Modellerna visade att två faktorer – vattenångans förmåga att bubbla ut ur magman, och skorpans förmåga att expandera för att rymma kammartillväxt - är nyckelfaktorerna som begränsar djupet av magmakammare, som vanligtvis finns mellan sex och tio kilometer djupa.

"Vi vet från observationer att det verkar finnas en sweet spot när det gäller djupet för magmakamrar som bryter ut upprepade gånger, sa Christian Huber, en geolog vid Brown University och studiens huvudförfattare. "Varför den där söta platsen finns har varit en öppen fråga under lång tid, och det här är den första studien som förklarar processerna som styr det."

Djup på sex till 10 kilometer motsvarar i allmänhet tryck på cirka 1,5 kilobar på den grunda sidan och 2,5 kilobar på den djupa sidan. Modellerna visade att vid tryck mindre än 1,5 kilobar, vatten som fångas i magman bildar lätt bubblor, leder till våldsamma vulkanexplosioner som spränger ut mer magma ur en kammare än vad som kan ersättas. Dessa kammare upphör snabbt att existera. Vid tryck över 2,5 kilobar, varma temperaturer djupt inne i jorden gör klipporna som omger magmakammaren mjuka och böjliga, vilket gör att kammaren kan växa bekvämt utan att bryta ut till ytan. Dessa system svalnar och stelnar med tiden utan att någonsin få utbrott.

"Mellan 1,5 och 2,5, systemen är nöjda, " sa Huber. "De kan få utbrott, ladda om och fortsätt."

Nyckeln till modellerna, Huber sa, är att de fångar dynamiken i både värdskorpan och magman i själva kammaren. Förmågan hos en djup magmakammare att växa utan att få utbrott var ganska väl förstått, men gränsen som vattenånga utövar på grunda magmakammare hade inte uppskattats.

"Det hade inte funnits en bra förklaring till varför denna beboeliga zon skulle sluta på 1,5 kilobar, "Huber sa. "Vi visar att beteendet hos gasen är verkligen viktigt. Det får helt enkelt mer massa att bryta ut än vad som kan laddas om."

Huber säger att resultaten kommer att vara till hjälp för att förstå den globala magmabudgeten.

"Förhållandet mellan magma som stannar i skorpan och hur mycket som bryter ut till ytan är en stor fråga, " sade Huber. "Magma levererar CO2 och andra gaser till atmosfären, som påverkar klimatet. Så att ha en guide för att förstå vad som kommer ut och vad som stannar i är viktigt."