Етна показала два абсолютно різні вибухи з одного вулкана

Один і той самий вулкан може повестися як дві різні істоти: повільний, «задумливий» гігант або блискавичний вибуховий монстр. Саме це показало нове дослідження Етни, про яке розповідає англомовне наукове видання. Виявилося, що дві великі історичні виверження цього вулкана були запущені зовсім різними підземними механізмами.

Що відомо коротко

• Команда під керівництвом Корнельського університету реконструювала «сантехніку» Етни під час двох давніх вивержень і виявила різні механізми руху магми.
• Виверження 122 року до н.е. було повільним: магма піднімалася з глибини близько 22 км, затримувалася на 2–5 км і поступово втрачала гази перед вибухом.
• Старіше виверження, відоме як Fall Stratified (майже 4 000 років тому), навпаки, сталося дуже швидко — магма рвонула з глибини 24–30 км і виверглася за години.
• Ключову роль зіграли леткі компоненти: вода та вуглекислий газ (CO₂), які по-різному керували швидкістю та вибуховістю вивержень.
• Новий метод аналізу крихітних бульбашок у кристалах магми дозволив з безпрецедентною точністю відновити глибину та тиск, де «заводиться» виверження.

Як гази перетворюють вулкан на «пляшку з колою»

Щоб зрозуміти, чому один вулкан може вибухати по-різному, зручно уявити звичайну пляшку газованої води. Якщо її обережно відкрити, газ виходить повільно, і напій просто шипить. Якщо ж пляшку добре струсити, бульбашки різко відокремлюються від рідини — і вміст фонтаном вилітає назовні.

З вулканами відбувається щось подібне. Магма — це гаряча розплавлена порода, насичена газами. Найважливіші з них — вода та CO₂. Коли магма піднімається вгору, тиск зменшується, і гази починають виділятися у вигляді бульбашок. Якщо цей процес іде повільно, вулкан може вивергатися відносно спокійно. Якщо ж гази «вибухають» раптово, отримуємо потужне, вибухове виверження.

Дослідницька група під керівництвом Естебана Газеля (Esteban Gazel) вивчає, як саме ці гази керують поведінкою вулканів: чому одні виверження стають надзвичайно вибуховими, а інші — ні.

Як вчені «прочитали» підземну систему Етни

Щоб зазирнути в минуле Етни, геологи використали кристали, які утворилися в магмі під час давніх вивержень. Усередині цих кристалів збереглися мікроскопічні бульбашки газу — своєрідні капсули часу, товщиною лише 1–10% від товщини людської волосини.

Команда Максима Гавриленка (Maxim Gavrilenko) застосувала метод раманівської спектроскопії, щоб виміряти густину CO₂ у цих бульбашках. Знаючи густину, вчені за допомогою рівняння стану обчислили тиск, а з тиску — глибину, на якій «застигли» ці бульбашки.

Так вони змогли відтворити, як виглядала підземна «система труб» Етни під час двох вивержень: де магма затримувалася, де втрачала гази, а де рвалася вгору майже без гальм.

Два обличчя одного вулкана

Етна — відносно «м’який» вулкан у порівнянні з найнебезпечнішими на планеті, але в минулому вона влаштовувала й дуже потужні вибухи. Одне з найбільших задокументованих вивержень сталося у 122 році до н.е. Воно було мафічним (із рідкою магмою, багатою на магній та залізо) і плініанським — тобто належало до найвибуховіших типів, названих на честь Плінія Старшого, який описав виверження Везувію у 79 році н.е.

Польові зразки, зібрані дослідниками, показали, що тоді магма повільно піднімалася з глибини близько 22 км, потім застрягла на 2–5 км під поверхнею на кілька тижнів. За цей час вона поступово втрачала гази, перш ніж нарешті вивергнутися.

Інша картина — для старішого виверження, відомого як Fall Stratified, яке сталося майже 4 000 років тому. Там магма стартувала з ще більшої глибини — приблизно 24–30 км — і прорвалася до поверхні за лічені години. Цей «спринт» був зумовлений набагато вищою концентрацією CO₂, який діяв як потужний прискорювач.

Коли перемагає CO₂, а коли — вода

За словами Газеля, різні вулкани по-різному залежать від летких компонентів. Деякі, особливо на океанічних островах, керуються переважно CO₂. Інші, наприклад у зонах субдукції, більше контролюються водою.

Етна — унікальна тим, що в ній обидва типи газів «змагаються». Дослідження показує: якщо CO₂ перевищує певний поріг, виверження запускається з великої глибини і розвивається дуже швидко. Якщо ж домінує вода, процес більше контролюється на невеликій глибині, і магма може затримуватися, повільно втрачаючи гази перед вибухом.

Тобто один і той самий вулкан може працювати за двома протилежними сценаріями — залежно від того, який газ бере гору в підземному «коктейлі».

Навіщо це потрібно для оцінки небезпеки

Розуміння того, як саме гази керують виверженнями, — не просто академічна цікавість. Такі дані потрібні для фізичних моделей вивержень, які лежать в основі оцінки ризиків для людей і інфраструктури.

Команда Газеля вже застосовує цей підхід до вулканів у Чилі, на Гаваях та в інших регіонах. Ідеальна мета — мати подібні «портрети» підземних систем для кожного вулкана на планеті, щоб краще розуміти, коли чекати повільного підйому магми, а коли — раптового, глибокого вибуху.

Міфологічні гіганти під Етною

Етна приваблює вчених не лише своєю геологією, а й міфологією. У давньогрецьких легендах під цим вулканом поховані переможені гіганти Тифон та Енкелад. Газель порівнює дві реконструйовані системи «труб» Етни з цими істотами: довга, звивиста система плініанського виверження нагадує Тифона, а менша — Енкелада.

Так наука й міфи несподівано перетинаються: давні історії про гігантів під горою виявляються влучною метафорою для складної, багаторівневої «внутрішньої будови» вулкана.

FAQ

Це вже остаточні висновки про поведінку Етни чи лише один із можливих сценаріїв?

Результати базуються на детальному аналізі двох конкретних вивержень і дають дуже точну картину для цих подій. Але це все одно реконструкція минулого, а не пряме спостереження, тому її слід сприймати як добре обґрунтовану модель, а не як раз і назавжди встановлене правило для всіх майбутніх вивержень Етни.

Як ці дані можуть допомогти у майбутньому передбачати виверження?

Знаючи, на яких глибинах накопичуються гази та як вони впливають на швидкість підйому магми, геологи можуть краще інтерпретувати сейсмічні сигнали та інші спостереження. Це підвищує шанси відрізнити повільне «дихання» вулкана від ситуацій, коли магма готується до швидкого, глибокого прориву.

Чому вчені не знали про роль CO₂ раніше, якщо вода давно вважалася головним фактором?

Раніше не було достатньо точних методів, щоб вимірювати вміст CO₂ у крихітних бульбашках усередині кристалів. Нові підходи, зокрема раманівська спектроскопія, дозволили побачити те, що раніше було «зашифровано» в мікроскопічних деталях, і показали, що CO₂ може бути не менш важливим за воду.

Чи можна застосувати цей метод до всіх вулканів світу?

Теоретично так, але на практиці це потребує великої кількості зразків, обладнання та часу. Команда вже розширює дослідження на інші регіони, і з часом подібні реконструкції можуть з’явитися для дедалі більшої кількості вулканів, особливо тих, що становлять серйозну небезпеку для населення.

🤯 Один вулкан може приховувати в собі одразу кілька «характерів» — від повільного, керованого водою гіганта до стрімкого, CO₂‑прискореного вибуху. Це змушує дивитися на вулкани не як на прості «димарі» Землі, а як на складні, мінливі системи, де невидимі гази глибоко під нашими ногами вирішують, коли гора залишиться спокійною, а коли перетвориться на вогняний фонтан.

???????: SciTechDaily