Вулканические кристаллы раскрывают, как магма готовится к извержению

Под землёй магма — это не просто расплавленная порода, а густая смесь жидкого расплава и твёрдых минеральных кристаллов, которую учёные называют «магматической кашей». По консистенции это похоже на полузамёрзший гранита: кристаллы льда взвешены в сладком сиропе. Эти кристаллы работают как «чёрные ящики» вулканов — они сохраняют информацию о том, как магма движется от глубин к поверхности и как она меняется на этом пути.

Как кристаллы записывают историю магмы

Исследователи из Nature Communications изучили кристаллы минерала клинопироксена из образцов лавы с острова Ла-Пальма (Канарские острова). Клинопироксен растёт медленно по мере охлаждения магмы глубоко под землёй, добавляя слои, подобно годичным кольцам дерева. Каждый слой записывает температуру, глубину и химические условия магмы, из которой он образовался.

Учёные собрали образцы лавы с мест извержений Ла-Пальмы 1712, 1971 и 2021 годов, а затем исследовали кристаллы клинопироксена с помощью высокоразрешающей химической визуализации. Анализ выявил повторяющийся паттерн, сохранившийся более 300 лет вулканической активности.

Три слоя истории: от глубин к поверхности

Центры кристаллов показывают древний, холодный резервуар магматической каши на глубине 18–25 километров (11–16 миль) в верхней части земной мантии. Это была очень густая «гранита», плотно упакованная старыми кристаллами, которые долго оставались неподвижными.

Средние слои кристаллов фиксируют резкий сдвиг в условиях магмы. Они показывают, что за дни или недели до каждого извержения горячая магма поднялась из мантии. Эта горячая жидкость впрыснула энергию в спящую «гранита», расплавив части твёрдых кристаллов, изменив их внешнюю химию и энергично перемешав смесь.

Наконец, внешние слои записывают быстрое путешествие магмы к поверхности, когда она прорвала породу и питала извержение.

Почему это важно для предупреждения об извержениях

Сейсмические сети мониторинга вулканов обнаруживают землетрясения, деформацию земной поверхности и выбросы газов по мере движения магмы и изменения давления под вулканом. Однако магма, движущаяся глубоко под землёй, намного сложнее для обнаружения, чем магма, приближающаяся к поверхности.

Результаты исследования показывают, что большая часть накопления магмы под Ла-Пальмой происходит на большой глубине в верхней мантии. Это означает, что беспокойство может развиваться далеко от поверхности и быть трудным для обнаружения сетями мониторинга вулканов. Понимание того, что извержения запускаются на большой глубине, позволяет более точно интерпретировать сигналы мониторинга и лучше оценить, насколько быстро может развиться извержение.

Масштаб явления: не только Ла-Пальма

Кристаллы клинопироксена, извергнутые на Азорских островах, Кабо-Верде, Галапагосах и других Канарских островах, показывают аналогичные химические паттерны в своих зонах роста. Эти записи выявляют истории магмы, сравнимые с наблюдаемыми на Ла-Пальме, и согласуются с наличием глубоких магматических каш, которые могут быть распространены под вулканическими островами по всему миру.

Эти каши могут оставаться скрытыми под поверхностью, частично расплавленными, пока свежая горячая магма не поднимется из мантии. Новая магма поставляет тепло, вводит новый материал и перемешивает богатую кристаллами гранита, переводя в движение старые кристаллы и поднимая их вверх.

Эволюция вулканических островов

Глубокие холодные магматические каши не ограничиваются Ла-Пальмой. Доказательства с других вулканических островов предполагают, что они могут быть особенно распространены на ранних стадиях роста острова, когда поток магмы относительно высок и глубокие магматические резервуары могут поддерживаться. Частые инъекции магмы могут многократно пополнять эти резервуары и предотвращать их полное охлаждение и затвердевание.

По мере созревания вулканических островов и снижения поступления магмы эти каши могут получать меньше тепла и свежей магмы. Они могут постепенно охлаждаться и становиться менее вероятными для переактивации новыми инъекциями магмы.

Это данные исследования, опубликованного в Nature Communications, а не медицинский или геологический совет.