De flesta vulkanutbrott äger rum osedda på botten av världshaven. Under de senaste åren har oceanografi har visat att denna undervattensvulkanism inte bara avsätter lava utan också skjuter ut stora mängder vulkanaska.

"Så även under kilometer tjocka vattenlager, som utövar stort tryck och därmed förhindrar effektiv avgasning, det måste finnas mekanismer som leder till en "explosiv" sönderdelning av magma, säger professor Bernd Zimanowski, chef för det fysisk-vulkanologiska laboratoriet vid Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland.

Publicering av en internationell forskargrupp

En internationell forskargrupp ledd av professorerna James White (Nya Zeeland), Pierfrancesco Dellino (Italien) och Bernd Zimanowski (JMU) har nu demonstrerat en sådan mekanism för första gången. Resultaten har publicerats i tidskriften Naturgeovetenskap .

Huvudförfattare är Dr. Tobias Dürig från Islands universitet, en JMU-alumn och tidigare Röntgenpristagare från JMU Institute of Physics. Innan han åkte till Island, Dürig var medlem av professor Zimanowskis och professor Whites forskargrupper.

Dykrobot skickas till ett djup av 1, 000 meter

Teamet gjorde forskning vid vulkanen Havre Seamount som ligger nordväst om Nya Zeeland på ett djup av cirka 1, 000 meter under havsytan. Denna vulkan bröt ut 2012, och det vetenskapliga samfundet blev medvetet om det.

Utbrottet skapade en flytande matta av pimpstenspartiklar som expanderade till cirka 400 kvadratkilometer – ungefär lika stor som staden Wien. Nu användes en dykarrobot för att undersöka askavlagringarna på havsbotten. Från observationsdata upptäckte gruppen av James White mer än 100 miljoner kubikmeter vulkanisk aska.

Dykroboten tog också prover från havsbotten, som sedan användes i gemensamma experimentella studier i Physical-Volcanological Laboratory vid JMU.

Experiment i det fysisk-vulkanologiska laboratoriet

"Vi smälte materialet och förde det i kontakt med vatten under olika förhållanden. Under vissa förhållanden, explosiva reaktioner inträffade som ledde till bildandet av konstgjord vulkanaska, " förklarar Bernd Zimanowski. Jämförelsen av denna aska med de naturliga proverna visade att processer i laboratoriet måste ha liknat dem som ägde rum på ett djup av 1, 000 meter på havsbotten.

Zimanowski beskriver de avgörande experimenten:"I processen, det smälta materialet lades under ett vattenlager i en degel med en diameter på tio centimeter och deformerades sedan med en intensitet som också kan förväntas när magma kommer ut från havsbotten. Sprickor bildas och vatten skjuter abrupt in i vakuumet som skapas. Vattnet expanderar sedan explosivt. Till sist, partiklar och vatten sprutas ut explosivt. Vi leder dem genom ett U-format rör in i en vattenbassäng för att simulera kylningssituationen under vatten." Partiklarna som skapas på detta sätt, den konstgjorda vulkanaskan, ' motsvarade formen, storlek och sammansättning till den naturliga askan.

Möjliga effekter på klimatet

"Med dessa resultat, vi har nu en mycket bättre förståelse för hur explosiva vulkanutbrott är möjliga under vatten, ", säger JMU-professorn. Ytterligare undersökningar bör också visa om undervattensvulkanexplosioner möjligen kan ha en effekt på klimatet.

"Med undervattens lavautbrott, det tar ganska lång tid för lavans värme att överföras till vattnet. I explosiva utbrott, dock, magman bryts upp i små partiklar. Detta kan skapa värmepulser så starka att de termiska jämviktsströmmarna i haven störs lokalt eller till och med globalt." Och just dessa strömmar har en viktig inverkan på det globala klimatet.

Inforuta:Vulkaner på havsbotten

Det finns cirka 1, 900 aktiva vulkaner på land eller som öar. Antalet undervattensvulkaner uppskattas vara mycket högre. Exakta siffror är inte kända eftersom djuphavet till stor del är outforskat. Följaktligen, de flesta ubåtsvulkanutbrott går obemärkt förbi. Ubåtsvulkaner växer långsamt uppåt genom återkommande utbrott. När de når vattenytan, de blir vulkanöar — som den aktiva Stromboli nära Sicilien eller några av Kanarieöarna.