Магма под вулканами оказалась почти твердой

Геологи из США, Сингапура и Новой Зеландии выяснили, что магма находится под вулканами в основном в твердом состоянии и плавится лишь незадолго до извержений. На это указало содержание лития в цирконах, выброшенных при извержении вулкана в регионе Таупо (Новая Зеландия). Оказалось, что цирконы проводят при температурах порядка 650-750 градусов Цельсия несколько веков, а разогрев выше температуры плавления магмы происходит лишь за несколько десятков лет до извержения. Это позволяет уточнить описание магмы и может помочь построить модели, способные предсказывать извержения. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает издание Science News.

При извержениях на землю выливается лава — расплавленные минералы магмы, преимущественно силикаты. Состояние магмы под вулканом перед извержением и его эволюция важны для создания детальных моделей извержений. Однако, несмотря на интенсивное изучение вулканов, до сих пор о нем известно немного.

Авторы новой работы исследовали эволюцию магмы перед извержением с помощью «свидетеля» — минерала циркона. Геологи проанализировали семь образцов циркона, выброшенного при извержении в регионе Туапо около 700 лет назад. Эти минералы имеют магматическое происхождение, они перемещались вместе с магмой, обмениваясь веществом благодаря диффузии. По радиоизотопному датированию ученые определили возраст минералов — около 50 тысяч лет.

Скорость диффузии вещества зависит от температуры окружающей среды — чем больше температура, тем быстрее происходит диффузия. Как указывают ученые, циркон в магме постепенно накапливает в себе ионы лития. Чем больше ионов проникло в минерал, тем большей была температура окружающей среды. Кроме того, информацию о колебаниях температуры можно почерпнуть из глубины проникновения лития в циркон. На основании исследования срезов семи кристаллов авторы описали условия, в которых находилась магма бассейна Туапо до извержения.

По словам авторов, циркон не мог находиться при температурах выше 750 градусов Цельсия дольше 40 лет. При этих условиях магма плавится. Температурный режим от 650 до 750 градусов мог поддерживаться вокруг цирконов не дольше 150-1200 лет, при такой температуре магма кашицеобразна и в основном состоит из твердых кристаллических фрагментов. Ученые также подчеркивают, что за 50 тысяч лет существования образцов циркона система вулканов Туапо неоднократно извергалась. Однако, по всей видимости, разогрев от других извержений не подействовал на цирконы.

Причина сильного разогрева перед извержением остается неизвестной. Его наличие указывает на то, что для магмы извержение — это, по меньшей мере, двухстадийный процесс. Авторы отмечают, что цирконы описывают эволюцию только одной системы — региона Туапо. Чтобы показать, что такое поведение магмы универсально потребуются дополнительные исследования.

Моделированием извержений занимается большое количество научных групп. Так, в 2015 году британские геологи описали новый механизм инициации этого процесса — он связан с резким падением давления в каналах, по которым поднимается магма, а ученые из Уральского федерального университета показали, что ответственным за выбивание вулканической пробки может быть шум от посторонних процессов.

Владимир Королёв