Vluchtige elementen in magma, voornamelijk water, explosieve vulkaanuitbarstingen veroorzaken. Het lastige is om te bepalen hoeveel vluchtige inhoud aanwezig was voordat de uitbarsting plaatsvond. Dit is vooral moeilijk wanneer het enige bewijs dat wetenschappers moeten hebben het eindproduct is nadat alle vluchtige stoffen verloren zijn gegaan.

Nieuw onderzoek van de Washington University in St. Louis levert overtuigend bewijs dat magma's natter kunnen zijn dan ooit werd gedacht. Het werk, geleid door experimentele geochemici, waaronder Michael J. Krawczynski, universitair docent aard- en planeetwetenschappen in Arts &Sciences, is gepubliceerd in het nummer van 2 juli van het tijdschrift Amerikaanse mineraloog .

De meest gebruikelijke methode voor het bepalen van het vluchtige gehalte vereist het bestuderen van smeltinsluitingen, kleine stukjes magma gevangen in kristallen barstten uit in lava. Wetenschappers bestuderen deze glazige insluitsels om de aanwezige hoeveelheid waterstof te bepalen, wat, door terugberekening, kan aangeven hoeveel water er in het magma in de aardkorst was opgelost voordat een vulkaan uitbarstte. Deze methode wordt algemeen aanvaard als een nauwkeurige ondergrens voor vluchtige inhoud, rekening houdend met wat water dat mogelijk verloren is gegaan tijdens de explosie zelf.

Krawczynski en Maxim Gavrilenko, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Krawczynski, nu aan de Universiteit van Nevada, Rene, in plaats daarvan wilde hij naar de bovengrens kijken - iets dat niet experimenteel was onderzocht.

"Waar mensen nog nooit naar hebben gekeken en wat we nu proberen te meten, is:hoe groot is deze emmer?" zei Krawczynski. "Je kunt je voorstellen dat het veel regende, en je regenmeter was vol, dan weet je eigenlijk niet hoeveel het geregend heeft. Het had meer kunnen regenen! We kunnen het gewoon niet zeggen."

Hetzelfde geldt voor smeltinsluitsels. Als een smeltinsluiting niet al het water kan vasthouden, dan hebben wetenschappers niet de juiste lezing van de bovengrens van het watergehalte in magma. De emmer is te klein.

Magma maken in het lab

Gavrilenko en Krawczynski creëerden synthetische smeltinsluitsels in het laboratorium om erachter te komen hoeveel water een smelt mogelijk zou kunnen bevatten. Om dit te doen, de onderzoekers reproduceerden de temperatuur- en drukomstandigheden die 40 kilometer onder het aardoppervlak bestaan. Volgende, ze smolten en blust het monster (snel afgekoeld), bepaalden vervolgens of hun experiment een glas had gemaakt. Ze zetten het proces voort, het toevoegen van meer en meer water aan het monster totdat het monster niet langer kon worden geblust om een ​​glas te vormen.

"We kwamen erachter dat als je veel water hebt, dan heb je uiteindelijk geen glas, " zei Gavrilenko. Deze ontglaasde (niet-glazige) smeltinsluitsels bestaan ​​in de natuur, maar worden bij voorkeur niet onderzocht op vluchtige stoffen, wat heeft geleid tot steekproefvertekening in dit onderzoeksgebied.

Deze vooringenomenheid is vooral problematisch voor wetenschappers die proberen te begrijpen hoeveel water terug naar de oppervlakte wordt gerecycleerd in subductiezones, die het rijkst zijn aan water in vergelijking met andere tektonische instellingen. "Als de diepe magma's in deze zones meer dan 9 gewichtsprocent water bevatten, dan worden ze niet correct gemeten volgens de huidige goudstandaardmethode, " Zei Gavrilenko. "Er moet een nieuwe methode worden gevonden om te meten. We hebben een nieuwe nodig, grotere emmer."

Implicaties voor de wereldwijde watercyclus

Deze resultaten sluiten aan bij recent werk van Douglas A. Wiens, de Robert S. Brookings Distinguished Professor in aard- en planetaire wetenschappen. In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur laatste val, Wiens concludeerde dat maar liefst vier keer meer water in de aardmantel zou kunnen zinken dan wetenschappers dachten. Het werk van Gavrilenko en Krawczynski wijst op hoe de cyclus van water in en uit de korst opnieuw in evenwicht kan worden gebracht na dergelijke ontdekkingen.

"Als er meer naar beneden gaat (in de mantel), er moet meer naar buiten komen in de aardkorst, "Zei Krawczynski. "Dat is waar we hier naar kijken. We hebben begrepen dat het een cyclus is die in evenwicht moet worden gehouden, maar we hebben geen goed idee gehad van de afmetingen van de verschillende reservoirs."