Prečo niektoré sopky prudko vybuchujú, zatiaľ čo z iných láva pokojne vyteká? Vedci našli dôležitý rozdiel ukrytý hlboko v magme
Nový výskum ukazuje, že o správaní sopky nemusí rozhodovať len zloženie magmy. Dôležité môže byť aj to, ako veľmi sa pred erupciou prehriala.
Vedci prišli s novým vysvetlením, prečo sa niektoré sopky správajú úplne inak, aj keď obsahujú veľmi podobnú magmu. Nová štúdia naznačila, že dôležitú úlohu zohráva prehriatie magmy, čo môže ovplyvniť, či sopka vyšle do vzduchu mohutné fontány lávy alebo z nej začne vytekať hustá hmota oveľa pokojnejším spôsobom.
K objavu dospel medzinárodný tím odborníkov pod vedením výskumníkov z Univerzity v Manchestri. Vedci analyzovali vzorky magmy zo sopky Tajogaite na kanárskom ostrove La Palma, ktorá vybuchla v roku 2021. Počas erupcie zničila tisíce budov a výrazne zmenila časť ostrova. Výsledky výskumu zverejnil prestížny vedecký časopis Nature Communications.
Chladnúca magma môže prísť o svoje minerálové kryštály
Keď magma stúpa z hlbín Zeme smerom k povrchu, postupne sa ochladzuje. Počas tohto procesu sa v nej začnú vytvárať kryštály minerálov. Vedci však zistili, že vysoké teploty dokážu tento proces výrazne narušiť.
Ak magma pred výstupom získa dodatočné teplo, dostane sa do stavu označovaného ako prehriatie, v angličtine superheating. Nejde pritom len o to, že magma je horúca. Pri tomto stave sa dostane nad teplotu, pri ktorej sú kryštály stabilné. V praxi to znamená, že sa v nej môžu rozpustiť drobné kryštálové „semienka“, ktoré by za normálnych okolností poslúžili ako základ pre vznik nových kryštálov.
Okrem toho sa zmení aj vnútorná štruktúra magmy. Tá sa stane homogénnejšou a kryštály vzniknú oveľa neskôr.
Neprehliadni
„Doteraz sme úplne nerozumeli tomu, ako rastú kryštály v magme, ktorá získala dodatočné teplo tesne pred výstupom k povrchu,“ vysvetlila hlavná autorka štúdie Barbara Bonechiová.
Práve rýchlosť vzniku kryštálov pritom výrazne ovplyvní správanie celej magmy. Nový výskum tak zasahuje aj do dlhšej vedeckej debaty o tom, či o priebehu erupcie rozhoduje najmä chemické zloženie magmy, alebo aj jej tepelná história tesne pred tým, ako sa začne tlačiť k povrchu.
Vedci sa nespoliehali iba na teoretické modely. V laboratóriu vytvorili podmienky podobné tým, aké panujú pod aktívnou sopkou. Použili pritom skutočnú magmu z erupcie na La Palme. Pomocou synchrotrónovej röntgenovej mikrotomografie v zariadení Diamond Light Source vo Veľkej Británii sledovali proces kryštalizácie v reálnom čase. Doplnkové experimenty v Prahe im zase umožnili pozorovať tento proces počas dlhšieho časového úseku.
Tak získali možnosť pozorovať udalosti, ktoré sa bežne odohrávajú hlboko pod zemským povrchom. Výsledky ukázali, že magma bez prehriatia začala vytvárať kryštály približne po dvadsiatich minútach. Pri silne prehriatej magme sa však vznik prvých kryštálov oneskoril o viac než osem hodín. Takýto časový rozdiel výrazne zmení správanie celej sopky.
Prečo sú kryštály dôležité, keď hovoríme o erupcii sopky?
Vznik kryštálov rozhoduje o tom, ako ľahko sa magma pohne cez zemskú kôru. Čím viac kryštálov magma obsahuje, tým hustejšou sa stane. Hustejšia magma postupuje pomalšie a plyny v nej získajú viac času na únik. Ak sa kryštály vytvoria neskoro, magma si dlhšie zachová tekutejší charakter. Vďaka tomu vystúpi k povrchu rýchlejšie a môže vyvolať oveľa dynamickejšie erupcie sprevádzané vysokými fontánami lávy.
„Rast kryštálov a plynových bublín dokáže dramaticky ovplyvniť spôsob erupcie magmy. Keď počet kryštálov narastie, výrazne sa zmení jej viskozita,“ uviedla Bonechiová.
Práve viskozita určuje, ako ľahko alebo naopak ťažko sa magma pohne. Dá sa to predstaviť jednoducho. Riedka magma sa správa skôr ako horúci sirup, ktorý sa ešte dokáže rýchlo pohybovať. Magma plná kryštálov je hustejšia a kladie väčší odpor. Tento rozdiel potom môže rozhodnúť o tom, či sa láva dostane von prudko, alebo sa bude tlačiť na povrch pomalšie.
Výskumníci následne preniesli získané údaje do počítačových modelov, ktoré simulovali cestu magmy smerom k povrchu. Modely potvrdili, že dlhé oneskorenie kryštalizácie umožní magme zachovať si vyššiu pohyblivosť počas väčšej časti výstupu. To následne ovplyvní aj charakter samotnej erupcie.
Objav môže pomôcť aj pri monitorovaní aktívnych sopiek. Odborníci dnes venujú najväčšiu pozornosť chemickému zloženiu magmy, obsahu plynov alebo zmenám tlaku pod povrchom. Nová štúdia však naznačila, že dôležitú úlohu zohráva aj tepelná história magmy.
„Súčasné modely vulkanických rizík sa zameriavajú najmä na chemické zloženie magmy, obsah plynov a tlakové zmeny. Naše výsledky naznačili, že významnú úlohu môže zohrávať aj teplotný vývoj pred erupciou,“ uviedla vulkanologička Margherita Polacciová.
Výskum tak pridal ďalší dielik do skladačky, ktorá pomáha vedcom pochopiť správanie sopiek. Zároveň ukázal, že aj zdanlivo nenápadná zmena teploty hlboko pod zemou môže ovplyvniť priebeh udalostí na povrchu.
