I en ny studie av vulkaniska processer, Bristolforskare har visat vilken roll nanoliter spelar i skapandet av våldsamma utbrott vid annars "lugna" och förutsägbara vulkaner.

Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , beskriver hur nanostora kristaller (nanoliter), 10, 000 gånger mindre än bredden på ett människohår, kan ha en betydande inverkan på viskositeten hos utbrytande magma, resulterade i tidigare oförklarade och explosiva utbrott.

"Denna upptäckt ger en vältalig förklaring till våldsamma utbrott vid vulkaner som i allmänhet är väluppfostrade men ibland ger oss en dödlig överraskning, såsom vulkanen Etnas utbrott 122 f.Kr. " sa Dr. Danilo Di Genova från University of Bristols School of Earth Sciences.

"Vulkaner med magmakompositioner med låg kiseldioxid har mycket låg viskositet, vilket vanligtvis låter gasen försiktigt rinna ut. Dock, Vi har visat att nanoliter kan öka viskositeten under en begränsad tid, som skulle fånga gas i den klibbiga vätskan, leder till en plötslig förändring i beteende som tidigare var svårt att förklara."

Dr. Richard Brooker också från Earth Sciences, sa:"Vi visade den överraskande effekten av nanoliter på magma viskositet, och därmed vulkanutbrott, med hjälp av banbrytande nano-avbildning och Raman-spektroskopi för att leta efter bevis på att dessa nästan osynliga partiklar i aska utbröt under mycket våldsamma utbrott."

"Nästa steg var att omsmälta dessa stenar i laboratoriet och återskapa den korrekta kylningshastigheten för att producera nanoliter i den smälta magman. Genom att använda spridningen av extremt ljus synkrotronstrålning (10 miljarder gånger ljusare än solen) kunde vi dokumentera nanolittillväxt."

"Vi producerade sedan ett nanolithaltigt basaltskum (pimpsten) under laboratorieförhållanden, demonstrerar också hur dessa nanoliter kan produceras genom underkylning när flyktiga ämnen löses upp från magma, sänka likvidus."

Professor Heidy Mader tillade:"Genom att utföra nya experiment på analoga syntetiska material, vid låga skjuvhastigheter i förhållande till vulkaniska system, vi kunde visa möjligheten av extrema viskositeter för nanolitbärande magma, utöka vår förståelse av det ovanliga (icke-newtonska) beteendet hos nanovätskor, som har förblivit gåtfulla sedan termen myntades för 25 år sedan."

Nästa steg för denna forskning är att modellera detta farliga, oförutsägbart vulkaniskt beteende i faktiska vulkaniska situationer. Detta är i fokus för ett Natural Environment Research Council (Storbritannien) och National Science Foundation (USA) anslag "Quantifying Disequilibrium Processes in Basaltic Volcanism" som tilldelas Bristol och ett konsortium av kollegor i Manchester, Durham, Cambridge och Arizona State University.