Tulivuoren purkautumisen kuvaus
Yli 800 miljoonaa ihmistä asuu aktiivisen tulivuoren läheisyydessä. Jotkut heistä haastavat edelleen olemassa olevat mallit, mikä tekee niiden purkausten ennustamisesta mahdotonta 100-prosenttisesti. Tällainen on Colli Albani Italiassa, joka on tuottanut merkittäviä räjähdyksiä menneisyydessä, vaikka sen magma on normaalisti liitetty lieviin effusiivisiin purkauksiin.
Kansainvälinen tiimi, jota johtaa Geneven yliopisto (UNIGE), paljastaa tämän mysteerin innovatiivisen lähestymistavan avulla, joka analysoi viimeisen purkauksen jälkiä sisältäviä kiteitä. Journal of Petrology -lehdessä julkaistu tutkimus avaa uusia analyysimenetelmiä vulkanologiassa ja vahvistaa riskien ehkäisyä.
Tulivuorien valvominen niiden mahdollisesti tuhoisien vaikutusten ennakoimiseksi vaatii tarkkaa ymmärrystä purkauksen ennakoivista signaaleista. Tehtävä kuitenkin vaikeutuu, kun tulivuori haastaa ennustemallit, kuten Colli Albani, joka sijaitsee vain 20 kilometrin päässä Roomasta. Sen magmakomposition pitäisi teoriassa aiheuttaa matalan intensiivisyyden purkauksia. Sen aiemmat purkaukset kuitenkin osoittavat päinvastaista.
Tämä lähestymistapa on innovatiivinen vulkanologiassa, erityisesti magmakappaleiden tutkimuksessa.
Magma sisältää haihtuvia aineita (pääasiassa vettä ja hiilidioksidia). Kuten avattaessa limsapulloa, kun magma nousee pinnalle, se vapauttaa näitä aineita. Mitä viskoosimpaa magma on, sitä vaikeampaa kaasun on paeta. Tämä pidätys aiheuttaa asteittaisen paineen nousun, joka lopulta johtaa voimakkaisiin räjähdysmäisiin purkauksiin. Teoriassa Colli Albani ei esitä tätä riskiä: sen magma on vähän viskoosista. Silti se on jo tuottanut voimakkaita räjähdysmäisiä purkauksia, joista viimeisin, 355 000 vuotta sitten, heitti jopa 30 km³ palavista tuhkista ja sulasta kivestä ilmakehään.
Lisätietoja varten UNIGE:n tiimi analysoi viimeisen purkauksen magmakappaleissa vangittuja "magma-inkluusioita". Nämä yhden sadasosamillimetrin kokoiset pienet pisarat, jotka on vangittu kiteitä ennen räjähdystä, sisältävät arvokkaita vihjeitä magman kemiasta, sen vesipitoisuudesta ja hiilidioksidista - keskeisiä tekijöitä sen räjähdysherkkyydessä - sekä sen lämpötilasta ja paineesta. Yhteensä 35 kiteitä, jotka sisältävät 2 000 inkluusiota, on tutkittu.
Innovatiivinen lähestymistapa magman tutkimiseen
UNIGE:n tutkijat ovat tehneet yhteistyötä useiden instituutioiden kanssa, kuten Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Roma Tre ja Bristolin yliopistot sekä Helmholtz-Zentrum. Käyttämällä PETRA III -hiukkaskiihdytintä DESY:ssä Hampurissa, tiimi pystyi saamaan korkearesoluutioisia 3D-kuvia magma-inkluusiosta. PETRA III tuottaa voimakkaita röntgensäteitä aineen tutkimiseksi nanomittakaavassa eri kokeellisia asemia, mukaan lukien se, jossa UNIGE:n kokeet suoritettiin.
"Tämä lähestymistapa on innovatiivinen vulkanologiassa ja erityisesti magmakappaleiden tutkimuksessa. Se avaa uusia näkymiä tällä alalla", selittää Corin Jorgenson, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja ja tohtoriopiskelija UNIGE:n maantieteellisten tieteiden laitoksella näiden töiden aikana, nykyisin tutkijatohtorina Strathclyden yliopiston rakennus- ja ympäristöinsinöörilaitoksella Skotlannissa.
Arvokkaita tuloksia riskien ehkäisyyn
Yksi tärkeimmistä löydöksistä oli suurten vesikuplien ja hiilidioksidin esiintyminen inkluusioissa. Tämä viittaa siihen, että kun ne vangittiin, Colli Albanin säiliössä oli jo merkittäviä määriä kaasua. "Kaasun ylimäärä teki magmasta kuin sienen, puristettuna, kun lisää magma kertyi säiliöön, ja nopeasti laajentuen purkauksen alussa, kaksi keskeistä ainesosaa Colli Albanin odottamattomaan ja erittäin räjähdysmäiseen purkaukseen", selittää Luca Caricchi, maaperä- ja vulkanologian professorina UNIGE:n maantieteellisten tieteiden laitoksella, joka johti tutkimusta.
Nämä tulokset valaisevat Colli Albanin purkausmekanismia ja korostavat huipputason 3D-kuvantamistekniikoiden merkitystä vulkanologiassa. Tämä lähestymistapa, jota voidaan soveltaa muihin tulivuoriin, auttaa ymmärtämään magman varastointia ja sen kaasupitoisuutta, samalla vahvistaen riskien ehkäisyä. Inkluusioiden luokittelu kuuteen erilliseen tyyppiin, joka toteutettiin tutkimuksen yhteydessä, muodostaa myös arvokkaan viitteen tuleville tutkimuksille.