Wetenschap
Aanwijzingen uit diepe magmareservoirs kunnen de voorspellingen van vulkaanuitbarstingen verbeteren
Nieuw onderzoek naar gesmolten gesteente 20 km onder het aardoppervlak kan levens helpen redden door de voorspelling van vulkanische activiteit te verbeteren.
Vulkaanuitbarstingen brengen aanzienlijke gevaren met zich mee, met verwoestende gevolgen voor zowel de omwonenden als het milieu. Ze worden momenteel voorspeld op basis van de activiteit van de vulkaan zelf en de bovenste kilometers korst eronder, die gesmolten gesteente bevat dat mogelijk op het punt staat uit te barsten.
Nieuw onderzoek benadrukt echter het belang van het zoeken naar aanwijzingen veel dieper in de aardkorst, waar rotsen eerst tot magma worden gesmolten voordat ze naar kamers dichter bij de oppervlakte stijgen.
Om de innerlijke werking van de meest explosieve verschijnselen op onze planeet te begrijpen, hebben onderzoekers van het Imperial College London en de Universiteit van Bristol diep gegraven om licht te werpen op de frequentie, samenstelling en omvang van vulkaanuitbarstingen over de hele wereld.
Hun bevindingen suggereren dat de omvang en frequentie van uitbarstingen nauw verband houden met de tijd die nodig is om extreem heet, gesmolten gesteente, bekend als magma, te vormen in deze diepe reservoirs onder de aardkorst – op een diepte van wel 20 kilometer – en ook met de vorming van extreem heet, gesmolten gesteente, bekend als magma. de grootte van deze reservoirs.
Onderzoekers zijn van mening dat de bevindingen, gepubliceerd in Science Advances zal hen in staat stellen vulkaanuitbarstingen nauwkeuriger te voorspellen, waardoor uiteindelijk gemeenschappen van mensen kunnen worden beschermd en de risico's voor het milieu kunnen worden beperkt.
Vulkanen over de hele wereld bestuderen
De studie, geleid door onderzoekers van het Department of Earth Science and Engineering van Imperial, beoordeelde gegevens van 60 van de meest explosieve vulkaanuitbarstingen, verspreid over negen landen:de Verenigde Staten, Nieuw-Zeeland, Japan, Rusland, Argentinië, Chili, Nicaragua, El Salvador en Indonesië.
Studie-auteur Dr. Catherine Booth, onderzoeksmedewerker bij de afdeling Aardwetenschappen en Techniek aan het Imperial College London, zei:"We keken naar vulkanen over de hele wereld en groeven dieper dan eerdere studies die zich concentreerden op ondiepe ondergrondse kamers waar magma wordt opgeslagen vóór uitbarstingen We hebben ons geconcentreerd op het begrijpen van magmabronreservoirs diep onder onze voeten, waar extreme hitte vaste rotsen tot magma doet smelten op een diepte van ongeveer 10 tot 20 kilometer."
Het team combineerde data uit de echte wereld met geavanceerde computermodellen. Ze keken naar de samenstelling, structuur en geschiedenis van gesteenten diep onder de aardkorst, samen met informatie verzameld uit actieve vulkanen, om te begrijpen hoe magma zich diep onder de grond opbouwt en zich gedraagt, en uiteindelijk door de aardkorst opstijgt tot vulkanen.
Met behulp van deze informatie creëerden onderzoekers computersimulaties die de complexe processen van magmastroom en -opslag diep in de aarde nabootsen. Door deze simulaties heeft het team nieuwe inzichten gekregen in de factoren die vulkaanuitbarstingen veroorzaken.
Identificeren van de belangrijkste controles op uitbarstingen
"In tegenstelling tot wat eerder werd gedacht, suggereert ons onderzoek dat het drijfvermogen van het magma, en niet de hoeveelheid vast en gesmolten gesteente, uitbarstingen veroorzaakt", aldus Dr. Booth.
"Het drijfvermogen van magma wordt bepaald door de temperatuur en de chemische samenstelling ervan in vergelijking met het omringende gesteente. Naarmate het magma zich ophoopt, verandert de samenstelling ervan om het minder dicht te maken, waardoor het meer 'drijvend' wordt en het in staat wordt gesteld te stijgen.
"Zodra het magma drijvend genoeg wordt om te drijven, stijgt het op en veroorzaakt het breuken in het bovenliggende vaste gesteente - en het stroomt vervolgens zeer snel door deze breuken heen, waardoor een uitbarsting ontstaat."
Naast het identificeren van het drijfvermogen van magma als een belangrijke factor die uitbarstingen veroorzaakt, keken onderzoekers ook naar hoe magma zich gedraagt zodra het ondiepere ondergrondse kamers bereikt vlak voordat het uitbarst. Ze ontdekten dat hoe lang magma in deze ondiepere kamers werd opgeslagen, ook een effect kan hebben op vulkaanuitbarstingen, waarbij langere opslagperioden tot kleinere uitbarstingen leiden.
Hoewel mag worden verwacht dat grotere reservoirs grotere, explosievere uitbarstingen zullen veroorzaken, hebben de bevindingen ook aangetoond dat zeer grote reservoirs warmte verspreiden, wat het proces van het smelten van vast gesteente tot magma vertraagt. Dit bracht onderzoekers ertoe te concluderen dat de grootte van reservoirs een andere sleutelfactor is voor het nauwkeurig voorspellen van uitbarstingsgroottes – en dat er zoiets bestaat als een optimale grootte voor de meest explosieve uitbarstingen.
Uit bevindingen blijkt ook dat uitbarstingen zelden geïsoleerd zijn en in plaats daarvan deel uitmaken van een zich herhalende cyclus. Bovendien bevatte het magma dat vrijkwam door de vulkanen die ze bestudeerden een hoog silicagehalte, een natuurlijke verbinding waarvan bekend is dat deze een rol speelt bij het bepalen van de viscositeit en explosiviteit van magma, waarbij magma met een hoog silicagehalte de neiging heeft stroperiger te zijn en te resulteren in explosievere uitbarstingen.
Volgende stappen
Co-auteur professor Matt Jackson, voorzitter van Geological Fluid Dynamics bij de afdeling Earth Science and Engineering aan het Imperial College London, zei:"Door ons begrip van de processen achter vulkanische activiteit te verbeteren en modellen te bieden die licht werpen op de factoren die uitbarstingen beheersen, onze studie is een cruciale stap in de richting van een betere monitoring en voorspelling van deze krachtige geologische gebeurtenissen.
"Ons onderzoek had enkele beperkingen:ons model concentreerde zich op hoe magma naar boven stroomt, en de bronreservoirs in ons model bevatten alleen gesmolten gesteente en kristallen. Er zijn echter aanwijzingen dat ook andere vloeistoffen zoals water en koolstofdioxide in deze bronnen worden aangetroffen. reservoirs, en dat magma kan wervelen en zijwaarts stromen."
De volgende stappen voor onderzoekers zullen zijn om hun modellen te verfijnen, waarbij driedimensionale stroming wordt geïntegreerd en rekening wordt gehouden met verschillende vloeistofsamenstellingen. Op deze manier hopen ze de processen op aarde die verantwoordelijk zijn voor vulkaanuitbarstingen te blijven ontcijferen, waardoor we ons beter kunnen voorbereiden op natuurrampen in de toekomst.