Выявление скрытого поведения вулкана Килауэа

Но, используя наблюдения за крошечными кристаллами минерального оливина, образовавшимися во время сильного извержения, которое произошло на Гавайях более полувека назад, исследователи Стэнфордского университета нашли способ протестировать компьютерные модели потока магмы, которые, по их словам, могут раскрыть новые идеи. о прошлых извержениях и, возможно, поможет предсказать будущие.

Выявление скрытого поведения вулкана Килауэа

«Мы действительно можем сделать вывод о количественных характеристиках потока до извержения на основе этих данных кристаллов и узнать о процессах, которые привели к извержению, не сверля вулкан», — сказала Дженни Сакейл, доцент кафедры геофизики Стэнфордской школы Земли, Энергетика. & Науки об окружающей среде (Стэнфордская Земля). «Для меня это Святой Грааль в вулканологии».

Кристаллы миллиметрового размера были обнаружены погребенными в лаве после извержения вулкана Килауэа на Гавайях в 1959 году. Анализ кристаллов показал, что они были ориентированы странным, но удивительно последовательным образом, который, по предположению ученых из Стэнфорда, был сформирован волной внутри подземной магмы, которая повлияла на направление кристаллов в потоке. Они впервые смоделировали этот физический процесс в исследовании, опубликованном в Science Advances 4 декабря.

«У меня всегда было подозрение, что эти кристаллы намного интереснее и важнее, чем мы думаем», — сказал Сакейл, старший автор исследования.

Это была случайная встреча, которая побудила Сакейла отреагировать на ее подозрения. У нее было понимание, когда она слушала доклад аспиранта Стэнфордского университета о микропластиках в океане, где волны могут заставить несферические частицы принимать устойчивую модель разориентации. Сакейл нанял спикера, тогда еще аспиранта Мишель ДиБенедетто, чтобы посмотреть, можно ли применить эту теорию к странным ориентациям кристаллов из Килауэа.

«Это результат детективной работы по оценке деталей как наиболее важного доказательства», — сказал Сакейл.

Вместе с Чжипэн Цинь, ученым-геофизиком, команда исследователей проанализировала кристаллы шлака, темной пористой породы, которая образуется при охлаждении магмы, содержащей растворенные газы. Когда извергается вулкан, жидкая магма, известная как лава, когда достигает поверхности, подвергается воздействию более низкой температуры воздуха, быстро захватывая естественные кристаллы и пузырьки оливина. Процесс происходит так быстро, что кристаллы не могут расти, эффективно фиксируя то, что произошло во время извержения.

Новое моделирование основано на ориентации кристаллов из Килауэа Ики, кратера ямы рядом с главной вершиной кальдеры вулкана Килауэа. Это обеспечивает основу для понимания потока канала Килауэа, трубчатого прохода, по которому горячая магма под землей поднимается к поверхности Земли. Поскольку шлак может быть унесен ветром на несколько сотен футов от вулкана, эти образцы относительно легко собрать. «Замечательно, что мы можем использовать эти действительно мелкомасштабные процессы, чтобы понять эту огромную систему», — сказал ДиБенедетто, ведущий автор исследования, ныне доктор наук в Океанографическом институте Вудс-Хоул.

Чтобы оставаться жидким, материал вулкана должен постоянно перемещаться. Анализ команды показывает, что странное расположение кристаллов было вызвано движением магмы в двух направлениях одновременно, причем один поток прямо поверх другого, вместо того, чтобы течь через канал одним устойчивым потоком. Исследователи ранее предполагали, что это могло произойти, но, по словам Сакейла, отсутствие прямого доступа к расплавленному каналу не позволило получить убедительные доказательства.

«Эти данные важны для продвижения наших будущих исследований об этих опасностях, потому что, если я могу измерить волну, я могу ограничить поток магмы — и эти кристаллы позволяют мне добраться до этой волны», — сказал Сакейл.

Мониторинг Килауэа с точки зрения опасности представляет собой постоянную проблему из-за непредсказуемых извержений действующего вулкана. Вместо того, чтобы протекать непрерывно лава, она имеет периодические всплески, приводящие к потокам лавы, которые подвергают опасности жителей юго-восточной стороны Большого острова Гавайи.

По словам исследователей, отслеживание разориентации кристаллов на разных этапах будущих извержений Килауэа может позволить ученым определить условия потока в канале с течением времени.

«Никто не знает, когда начнется следующий эпизод или насколько он будет плохим — и все зависит от деталей динамики канала», — сказал Сакейл.

Сакейл также является научным сотрудником Стэнфордского Вудского института окружающей среды, доцентом по специальности «Гражданская и экологическая инженерия» и членом Стэнфордского института вычислительной и математической инженерии (ICME).